南京工程学院课程设计说明书题 目 水箱液位控制系统的 设计及实物调试 课 程 名 称 自动控制原理 院（系、部、中心） 电力工程学院 专 业 建筑电气与智能化 班 级 建筑电气 111 学 生 姓 名 学 号 设 计 时 间 2013.12.162013.12.27 设 计 地 点 工程实践中心 8-317 指 导 教 师 朱建忠 李先允 2014 年 1 月 南 京成绩 目录0.1 摘要.10.2 课程设计任务书.21.引言.62.水箱液位控制系统的设计及实物调试.62.1 软件仿真元.72.1.1 软件仿真部分设计要求.72.1.2 水箱液位控制系统图.82.1.3 软件仿真过程、图形分析及结论.92.2 硬件调试单元.212.2.1 设计目的 .212.2.2 设计设备.212.2.3 设计原理.212.2.4 设计内容及步骤.222.2.5 测量结果.233.结论.294.参考文献.291水箱液位控制系统的设计及实物调试摘要：在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题，例如居民生活用水的供应，饮料、食品加工，溶液过滤，化工生产等多种行业的生产加工过程，通常需要使用蓄液池，蓄液池中的液位需要维持合适的高度，既不能太满溢出造成浪费，也不能过少而无法满足需求。因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。PID 控制（比例、积分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。本文主要是对一水箱液位控制系统的设计过程，涉及到液位的动态控制、控制系统的建模、PID 算法、Matlab 仿真、传感器和调节阀等一系列的知识。作为单容水箱液位的控制系统，其模型为一阶惯性函数，控制方式采用了 PID 算法，调节阀为电动调节阀。选用合适的器件设备、控制方案和算法，是为了能最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。关键词：水箱液位；PID 控制；液位控制；Matlab 仿真DESIGN AND PHYSICAL WATER LEVEL CONTROL SYSTEM DEBUGGINGAbstract：In peoples lives as well as many other areas of industrial production control problems are often related to the level and flow , such as household water supply , beverage , food processing, the solution was filtered , chemical production and other sectors of the production process usually requires the use of storage liquid pool , the reservoir pool level needed to maintain the proper height , neither too full to overflow wasteful, not too small and can not meet demand. Therefore, the liquid level is an important industrial process control parameter , especially in a dynamic state , using the appropriate method to detect the liquid level control , to receive good results . PID control ( proportional , integral and derivative control ) is the most used control methods.This article is a water level control system design process that involves dynamic control the level of modeling control system, PID algorithm, Matlab simulation, a series of sensors and control valves and other knowledge. As a single tank water level control systems, the model is a first-order inertia function control using a PID algorithm, the control valve for the electric control valve. Appropriate choice of devices, control programs and algorithms, in order to satisfy the control system, such as the accuracy of the regulation time and overshoot, such as quality control requirements.Keywords: tank level; PID control; level control; Matlab simulation2南京工程学院课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 自动控制原理 院（系、部、中心） 电力工程学院 专 业 建筑电气与智能化 班 级 建筑电气 111 姓 名 学 号 起 止 日 期 2013.12.162013.12.27 指 导 教 师 朱建忠 李先允 31课程设计应达到的目的1、加强对自动控制原理这门课程的认识，初步认识工程设计方法。2、通过对水箱液位控制系统的设计，进一步理解书本知识，提高实践能力，增强分析问题，解决问题的能力。3、学习并掌握 Matlab 的使用方法，学会用 Matlab 仿真。4、学会对仿真结果进行分析，计算，并应用到实践设计中去。2课程设计题目及要求设计题目： 水箱液位控制系统的设计及实物调试设计要求：1分析系统的工作原理，进行系统总体设计。2选择系统主电路各元部件，进行主电路设计，并完成系统调试。3构成开环系统，并测其动态特性。4测出各环节的放大倍数及其时间常数。5分析单闭环无差系统的动态性能。6比较开环时和闭环时的动态响应。7构成水箱液位闭环无静差系统，并测其动态性能指标和提出改善系统动态性能的方法，使得系统动态性能指标满足 %10%， 0.5 秒，静态误差小于 2%。pt43课程设计任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求课程设计任务（1）复习有关教材、到图书馆查找有关资料，了解水箱液位控制系统的工作原理。 （2）总体方案的构思 根据设计的要求和条件进行认真分析与研究，找出关键问题。广开思路，利用已有 的各种理论知识，提出尽可能多的方案，作出合理的选择。画出其原理框图。 （3）总体方案的确定 可从频域法、跟轨迹法分析系统，并确定采用何种控制策略，调整控制参数。（4）系统实现搭建系统上的硬件电路，实现开环控制，记录实验数据。引入闭环控制，将设计好的控制策略实现其中，根据实际响应效果调整参数直至最优，并记录数据4主要参考文献51、薛定宇.反馈控制系统设计与分析.北京:清华大学出版社 ,2000.2、飞思科技产品研发中心.MATLAB 7 辅助控制系统设计与仿真 .北京:电子工业出版社,2005.3、胡寿松.自动控制原理.4 版.北京:科学技术出版社 ,2001.4、白继平，徐德辉. 基于 MATLAB 下的 PID 控制仿真 【J】.中国航海，2004（4）：77-80.5、徐亚飞，刘官敏，高国章等.温箱温度 PID 与预测控制J.武汉理工大学学报.2004.8(28):554-557.5课程设计进度安排起 止 日 期 工 作 内 容12 月 16 日12 月 17 日12 月 18 日-12 月 20 日12 月 23 日-12 月 24 日（上午）12 月 25 日（下午）-12 月 26日（上午）12 月 27 日（下午）认识系统构成和原理分析数学建模控制策略研究和仿真实物接线和调试撰写设计说明书、设计计算书及资料整理撰写设计说明书、设计计算书及资料整理答辩6成绩考核办法1、考核方法：平时表现，设计成果，答辩表现。2、成绩评定：平时表现 30%，设计成果 40%，答辩表现 30%。6教研室审查意见：教研室主任签字： 年 月 日院（系、部、中心）意见：主管领导签字： 年 月 日1.引言在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题，例如居民生活用水的供应，饮料、食品加工，溶液过滤，化工生产等多种行业的生产加工过程，通常需要使用蓄液池，蓄液池中的液位需要维持合适的高度，既不能太满溢出造成浪费，也不能过少而无法满足需求。因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。本论文利用 PID 算法在 matlab 中进行仿真并讲解实物搭接效果，具体如下：1、利用指导书中推导的模型和实际的参数，建立水箱液