自动化课程设计.doc

液位控制控制系统设计
----单回路控制+Smith预估控制
摘要
在多数工业过程当中,控制对象普遍存在纯时间滞后的现象,如化工、热工过程等. 这种滞后时间的存在,对系统的控制是极为不利的,严重时甚至会破坏系统的稳定性. 滞后时间与系统时间常数的比值越大,,纯滞后系统就一直是工业过程中的难控制系统,人们也对它进行了大量的研究. 对于纯滞后系统,常用的控制方法主要是PID 控制和Smith 预估算法. Smith 预估控制对于大时滞系统具有良好的控制作用, 它在估计对象动态特性的基础上, 用一个预估模型进行补偿, 从而得到一个没有时滞的被调节量反馈到控制器。Smith预估控制最大的优点是将时滞环节移到了闭环之外, 最大的缺点是过分依赖精确的数学模型。
关键词: 纯滞后,Smith预估控制,PID控制,液位控制
目录
摘要……………………………………………………………………I
……………………………………………………………………1
设计的目的………………………………………………………1
设计的意义………………………………………………………1
……………………………………………………1
设计的内容………………………………………………………1
主要的任务………………………………………………………1

控制实验装置……………………………………………………2
系统的结构………………………………………………………2
系统的硬件组成……………………………………………2
系统的软件组成……………………………………………3
计算机编程………………………………………………………4
双容水箱控制系统模型的建立……………………………………7
用飞升曲线的方法来测定双容水箱的对象特性………………7
二阶串接双容水箱液位PID参数整定实验……………………9
Smith预估控制系统……………………………………… 12
四. 结论
五. 使用仪器设备清单
六. 收获、体会和建议
七. 参考文献

:
时滞的存在严重影响了系统的控制效果和稳定性,导致系统的超调变大,调节时间变长,甚至出现震荡和发散,系统的动态品质大大下降。本设计旨在运用单回路控制和smith预估补偿原理控制双容水箱液位,克服系统纯滞后所带来的不利影响。
:
使我们了解了如何具体的设计一个系统,对PID参数的调整有了更深刻的理解,并且懂得了smith预估补偿的原理,对控制系统的设计有了大概认识,培养了我们的动手能力。

1. 设计的内容:
系统的软件和硬件组成及PID控制器和smith预估补偿器
2. 主要的任务:
熟悉双容水箱的数学模型及其阶跃响应
根据有实际测得的双容液位阶跃响应曲线,分析双容系统的飞升特性
熟悉单回路双容液位控制系统的组成和工作原理
研究系统分别用P、PI、PD、和PID控制器时的控制特
加Smith预估控制之后的控制特性


双容水箱对象特性仿真实验是基于由浙江中控教学仪器厂出品的CS4000型过程控制实验装置如图所示

系统提供一组4个有机玻璃水箱,即右边的4个水箱,每个水箱装有液位变送器;通过阀门切换,#水箱(左上水箱)和3#水箱(左下水箱)进行阶跃响应实验,来获取双容水箱的对象特性
:
系统的硬件组成:
本系统由双容水箱作为控制对象,水箱的液位h1和h2 作为被控量。水箱里液位的变化,由压力传感器转换成4~20mA 的标准电信号,在由IPO 接口的APD转换成二进制编码的数字信号后,送入计算机端口。经计算机算出的控制量通过DPA 转换成1~5V 的控制电信号,加到功放上,通过改变调节阀的开度向水箱加水来控制水箱里的液位高度。本实验系统的硬件部分主要由:双容水箱(控制对象) 、不锈钢泵P1 和P2 、调节阀U1 和U2 、液位传感器、功率放大器、计算机、PC26313 多功能模入模出接口卡(A/D、D/A 转换) 和IPO 接口等环节组成。整个系统的硬件框图如图示
(2)系统的软件组成
S7300PLC,软件
双容水箱控制系统模型的建立
被测对象由两个不同容积的数学水箱串联组成, 故称其为双容对象。双容水箱数学模型是两个单容水箱数学模型的乘积, 即双容水箱的数学模型可用一个二阶惯性