水箱液位控制系统设计及实物调试.doc

自动控制系统课程设计设计题目:水箱液位控制系统的设计及实物调试2、设计目的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。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。学****并掌握Matlab的使用方法,学会用Matlab仿真。学会对仿真结果进行分析,计算,并应用到实践设计中去。3、—Ⅰ型自动控制理论及计算机控制技术实验装置数字式万用表示波器MATLAB软件4、设计任务(1)复****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5、,进行系统总体设计。,进行主电路设计,并完成系统调试。,并测其动态特性。。。。,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。6、【1】完成对电机的数学建模,拉普拉斯变换后得到系统的传递函数;带入表中的水箱液位系统参数,求出系统的开环传递函数;绘制出系统的开环传递函数的单位阶跃响应,分析系统的单位阶跃响应,得到相关性能指标;分步骤实现系统的PID校正,分别进行比例控制(P)校正,比例微分控制(PD)校正,比例积分控制(PI)校正和比例积分微分控制(PID)校正;运用《自动控制原理》知识分析系统的性能特征,从阶跃响应性能指标,频域特性等角度分析系统校正前和校正后的性能;设计后的系统满足如下性能指标:;改变输入信号,将阶跃信号分别换成方波信号,信号的周期设置为4s,幅值为5V。.“水箱系统”的液位控制工艺过程原理图参考文献【1】,:—水箱流入量;—水箱流出量;—水箱截面积;—进水阀开度;—出水阀开度;—水箱液位高度;—水箱初始液位高度;—阀体流量比例系数。()可设计出仿真单元的原理图:(m)2水箱截面积(m2):(1)输入程序根据文献【1】中提供的方法以及自动控制原理课程设计指导书中提供的参数推算开环传递函数假设不变,系统初始态为稳态,由提供的参数得。则:(1)(2)(3)对(3)式在处进行线性化,得:(4)对(1)、(2)、(4)式进行拉普拉斯变换后得:(5)(6)(7)由(5)、(6)、(7)式联立化简得到系统的闭环传递函数在MATLAB命令窗口定义好模型,MATLAB程序代码如下:num=1den=[,1]G=tf(num,den)得到结果如下:num=1den=:1-----------+1>>sisotool(G)按回车键进入SISO系统设计工具进行系统设计。(2)将模型载入SISO设计工具通过命令载入模型,完成整个系统的闭环结构,根据系统的相关参数,可知需修改,。通过调节系统增益来改善系统反应速度,通过增加积分环节以调节系统的稳态误差,通过增加调节函数的零极点并调节零极点位置来改变系统的稳定性减小误差,,,,所以系统是满足要求的,:(1)PID建模根据原理图和系统结构图,参考文献【1】利用MATLAB中Simulink对系统进行仿真研究,(2)(P=1,I=0,D=0),得到系统的阶跃响应曲线如下::“水箱系统”液位控制系统在无调节器的情况下,过渡过程是一个非周期过程,是稳定的系统,调节时间教短,响应比较迅速,但是,该系统是一