发布时间 : 星期二 文章东北大学 课程设计报告 水箱液位控制系统 - 图文更新完毕开始阅读5524d8d626fff705cc170a08
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在这种情况下，不要去调整PID参数）。
思考：?旁路流量的频繁，剧烈变化对控制质量有着严重的影响，有什么方法可以较好的抑制这个扰动对控制质量的影响。
?副回路进水的频繁剧烈变化对控制质量的严重影响，有什么方法可以很好的抑制其对控制质量的影响。
（3） 实现双容水箱液位（上下水箱串联）的单回路控制系统设计
?画出此单回路控制系统的控制原理图及方框图。详细说明控制系统
方框图中的各部分环节所对应的物理意义。说明该控制系统的控制依据和控制功能。
?采用经验凑试法调节PID参数，使液位设定值发生阶跃变化时，控
制系统达到满意的控制质量。
要求：在PID参数调试过程中，按控制质量从坏到好分别（P，PI，
PID）记录6组以上的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标），并说明你做参数进一步调整的原因，进而掌握PID控制作用对控制质量的影响。
?控制系统稳态时，打开旁路干扰阀（3种开度模拟3种不同幅值的
阶跃扰动），记录与其对应的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）（注意：在这种情况下，不要去调整PID参数）。
?打开副回路进水阀（3种开度模拟3种不同幅值的阶跃扰动），记
录与其对应的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）（注意：在这种情况下，不要去调整PID参数）。
思考：? 在这种情况下，和(2)中单回路控制系统控制质量有什么变化？为什么会有这样的变化？
? 在这种情况下，你有什么办法提高控制系统的控制质量？详细说明你的想法。
（4） 实现水箱（上）液位与进水流量的串级控制系统设计
?画出此串级控制系统的控制原理图及方框图，详细说明控制系统方
框图中的各部分环节所对应的物理意义；说明该控制系统的控制依据和控制功能；分析该控制系统和液位单回路控制系统相比有哪些变化，这些变化会
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使得该系统有哪些优势。
?采用经验凑试法调节主、副控制器参数，使控制系统达到满意的控
制质量。
要求：写出调试控制器参数的具体步骤。在PID参数调试过程中，记
录10组以上的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）来说明你的调试过程，并说明你做参数进一步调整的原因。
?在设定值发生阶跃变化（设定值阶跃增大及设定值阶跃减小）时，
观察并记录控制系统的过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）。
?打开旁路干扰阀（较大幅值的阶跃扰动），记录与其对应的控制系
统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）；并和（1）中?的控制质量进行对比，分析并说明控制质量变化的原因。
?打开副回路进水阀（较大幅值的阶跃扰动），记录与其对应的控制
系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）；并和（1）中?的控制质量进行对比，分析并说明控制质量变化的原因。
思考：串级控制系统对于副回路进水的频繁剧烈变化具有一定的抑制
作用，还有什么方法可以更好的抑制该扰动对水箱液位的影响，使得控制质量能够进一步提高。
（5） 实现副回路进水流量的前馈控制
（提示：和水箱（上）液位的单回路控制系统组成一个前馈-反馈复合控制系统）
?画出此前馈-反馈复合控制系统的控制原理图及方框图，详细说明控制系统方框图中的各部分环节所对应的物理意义；说明该控制系统的控制依据和控制功能；分析该控制系统和液位单回路控制系统相比有哪些变化，这些变化会使得该系统有哪些优势。
?试求解前馈控制器的模型。
?采用简化模型代替前馈控制器，利用Matlab仿真软件调节前馈控制器参数，使得副回路进水流量发生剧烈变化时，控制系统达到满意的控制质量。写出前馈控制器参数的调试步骤，记录与其对应的6组以上的控制系统过渡过程（包括：过渡过程曲线，控制质量指标），充分反映你的参数调试
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过程。
3. 实验系统熟悉及过程建模
3.1模型的建立
首先观察到了实验装置，我们主要用了水箱，调节阀，电磁流量计，变频计，液位检测变送器等等。
我们设计了主副回路相结合的调解办法。主回路上有自动调节阀，只需在控制器上给定量，便可以自己调节。并且有电磁流量计，来实时监控流量变化。副回路主要是变频器，通过调节频率来控制副回路泵的转速，从而调节流量。这里使用的是涡轮流量计来检测流量的大小。流量的实物体现便是水箱的液位变化。然后在设置一个反馈环节，主要是利用液位检测变送器来实现的。这就是模型的大概思路。
我们组是直接用双容水箱做的这个实验。因为按照我们的理解，如果调节控制下水箱就是水箱，但是不管下水箱则为单容。
我们用主副回路共同控制水箱液位。先通过控制器来调节自动调节阀，从而控制左上水箱的进水流量，然后调节出水阀，然进水流量等于出水流量，从而把液面控制稳定在一水平面上。
方框图如下：
副回路变频器流量过程涡轮流量计扰动主回路-控制器调节阀流量过程++水箱液位电磁流量计液位检测变送器
图3.1 水箱液位控制系统原理方框图
3.2进水阀和主管道进水流量之间关系的数学模型
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调节阀的开度 由17%阶跃到24%
图3.2.1 第一次给调节阀阶跃的阀开度与进水了流量关系图
调节阀的开度 由
图3.2.2 第二次给调节阀阶跃的阀开度与进水了流量关系图
运用相关的公式及模型，可得：
调节阀的开度变化：
?R?24%?17%?7% （3.2.1）
比例系数为
K?H(?)?H(0)?R?0.179?0.140?0.0560.7 （3.2.2）