总第285期2013年第7期计算机与数字工程Computer&DigitalEngineeringV01．41No．71111基于单片机的恒定水位控制系统+彭燕(渭南师范学院物理与电气工程学院电气工程系渭南714000)摘要针对供水、造纸等行业中的恒定水位系统，提出恒定水位控制的控制方案。在分析电机机械特性的基础上，完成了控制系统结构设计，给出了系统中每一部分的传递函数。采用PID调节器作为转速调节器，实现了数字PID调节器的单片机程序，采用归一参数整定法完成了PID参数整定。实验证明，该水位控制系统能够完成恒水位控制，具有成本低，结构简单等优点。关键词恒定水位系统；数字PID调节器；转速调节器；PID参数整定；单片机中图分类号TP278DOI：10．3969／j．issnl672—9722．2013．07．022AControlSystemforConstantWaterLeVelBasedonMCUPENGYan(schoolofPhysicalandE1ectricalEngineering，WeinanNomalU11iversity，Weinan714000)A吣t哺ctAcontrolsystemwhichisusedtokeepingconstantlevelinwatertankforindustryofwater_supplyorpaper_makirlgisde—signed．Thestructureofcontrolsystemisdesignedbasedonanalyzingmechanjcalpropertiesof，“：motor．And，transferfunctionofeverypartisgiverLPIDcontrollerisusedasAsRandprogramwhoseparametersarenomalizediscompiledTestsshowthatthesyst锄cancon—tml、vatertankwithconstantwater_leveleffectively，andithasadvantagesof10wercostandsimplestructureKeyWo—ssystemofconstantwater1evel，digitalcontrollerofPID，ASR，parameterofPIDno衄alized，M[CUCI鹅sNu憎ⅪrTP2781引言测水箱中水位。水位控制是造纸、供水等工业过程的重要部分，控制不好直接影响生产过程。当水位在给定位置且流人、流出量相等时，系统处于平衡状态，水位恒定；当流入、流出量变化或水位给定位置发生变化，就需要对流量进行必要的控制。本文设计一个基于单片机的PD水位控制系统，实现恒定水位控制。单片机可以即时检测水位的变化率，通过控制器自调整，实现全自动恒定水位控制。2水位控制系统方案图1水池示意图图2水位控制系统示意图本系统的控制对象如图1，图2为水位控制工作过程示意图，水箱通过进水管的水泵将水输送到水箱，L。为水箱进水阀门，Lz为出水阀门，浮子被称为液位变送器，用于检3水泵注水量调节调节水泵注水流量的方法很多，诸如变频调速法、液力耦合调速法等，这些方法行之有效，但成本较高。文章采用对水泵调压调速实现较小范围的流量调节‘1~“。3．1异步电动机改变电压时的机械特性T鲁糍一丽斋根据电机学原理[5]，异步电动机忽略空间和时间谐波、忽略磁饱和以及忽略铁损等条件下，异步电动机的机械特性方程见式(1)。其中，电磁功率P肌一3J掣，同步角速度n。一等。当转速或转差率一定时，电磁转矩与定子电压的3．2闭环变压调速系统的动态结构对闭环电压调速系统进行动态分析和设计，其动态结构图如图3所示。系统共包含四个环节：转速调节控制器AsR，晶闸管交流调压器和触发装置(G，r-V)，测速反馈环节，异步电动*收稿日期：2013年1月7日，修回日期：2013年2月15日基金项目：陕西渭南市科技局项目(编号：2012KYp5)；陕西省科技计划项目(编号：2012JM8007)资助。作者简介：彭燕，女，硕士，讲师，研究方向：智能检测及应用技术。万方数据11i2彭燕：基于单片机的恒定水位控制系统第41卷机。图3异步电动机闭环变压调速系统的动态结构1)转速调节器常用PD控制器，为了消除静差并改善动态性能，其传递函数采用PI调节。2)晶闸管交流调压器和触发装置在一定范围内线性化为一阶惯性环节。％一y(s)一≠岂j(2)3)测速反馈环节FI峪测速反馈环节具有反馈滤波的作用，其传递函数近似为一个惯性环节。4)异步电动机根据式(1)的机械特性，异步电动机的动态过程线性化[2~3]为‰(5)一黑(3)其中，KM一掣，机电时间常数T卅一券兹。4数字PID控制器使用单片机作为转速调节器，选择8051单片机8位机作核心控制器，是典型的数字控制器。4．1数字PD算法传统PD算法见式(4)[4|，其中，PD调节器输入信号为e(￡)，输送信号为“(￡)。选择一阶差分近似法对式(4)离散化，可得数字控制系统的...
