过程控制毕业设计---基于MATLAB的多容对象液位控制系统仿真.doc

基于MATLAB的多容对象液位控制系统仿真
目录
前言 1
第一章串级控制系统及仿真概述 2
串级控制系统简介 2
2
2
3
3
3
串级控制系统的设计 3
3
4
、副回路的匹配 4
5
5
6
6
6
过程控制系统的MATLAB计算与仿真 6
控制系统计算机仿真 6
控制系统的MATLAB计算与仿真 7
第二章 PID控制简介及整定方法 10
PID控制简介 10
PID参数整定方法 13
第三章多容液位控制系统的建模 18
过程建模的方法 18
机理法 18
19
阶跃响应法 19
有相互影响的双容建模 20
无相互影响的多容过程 22
第四章多容液位控制系统的仿真 25
被控对象的仿真模型 25
单回路控制系统的仿真 25
串级控制系统的仿真 31
第五章总结和展望 39
致谢 40
参考文献 41
附录 42
前言
随着工业生产的飞速发展,液位过程控制的应用十分普遍,所以为了保证生产的正常进行,生产工艺要求储槽内的液位常常需要维持在某个设定值上,或只允许在某一小范围内变化。与此同时,为确保生产过程的安全,还要绝对保证液体不产生溢出。所以人们对控制系统的控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高。而实际工业生产过程中的被控对象往往具有非线性、时延的特点,应用常规的控制手段难以达到理想的控制效果,研究对非线性、时延对象的先进控制策略,提高系统的控制水平,具有重要的实际意义。每一个先进、实用的控制算法的出现都对工业生产具有巨大的推动作用。
本文所提及的双容水箱液位控制系统是参考了国内外实验装置并充分考虑性能价格比的基础上,自行设计的一种可以模拟多种对象特性的实验装置。双容水箱虽然结构简单,但却是最基本的过程空竹系统。即使在复杂、高水平的过程控制系统中,这类系统仍占大多数(约占工业控制系统的70%以上)。复杂过程控制系统也是在简单控制系统的基础上构成的,即便是一些高级过程控制系统,也往往是将这类系统作为最低层的控制系统。因此,学****和掌握简单控制系统的分析与设计方法既具有广泛的实用价值,又是学****和掌握其他各类复杂控制系统的基础。因此工业上许多被控对象的整体或局部都可以抽象成双容水箱的数学模型,具有很强的代表性,有较强的工业背景,对双容水箱数学模型的建立是非常有意义的。同时,双容水箱的数学建模以及控制策略的研究对工业生产中液位控制系统的研究有指导意义。
第一章串级控制系统及仿真概述
串级控制系统简介
串级控制系统是指把两只调节器串联起来工作,其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。

串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器,前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定,后一个调节器的输出送往调节阀。
前一个调节器称为主调节器,它所检测和控制的变量称主变量(主被控参数),即工艺控制指标;后一个调节器称为副调节器,它所检测和控制的变量称副变量(副被控参数),是为了稳定主变量而引入的辅助变量。
整个系统包括两个控制回路,主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成;主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。
一次扰动:作用在主被控过程上的,而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动:作用在副被控过程上的,即包括在副回路范围内的扰动【1】。

当扰动发生时,破坏了稳定状态,调节器进行工作。根据扰动施加点的位置不同,分种情况进行分析:
(1)扰动作用于副回路
(2)扰动作用于主过程
(3)扰动同时作用于副回路和主过程
分析可以看到:在串级控制系统中,由于引入了一个副回路,不仅能及早克服进入副回路的扰动,而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用,主调节器具有“细调”的作用,从而使其控制品质得到进一步提高。

(1)改善了过程的动态特性,提高了系统控制质量。
(2)能迅速克服进入副回路的二次扰动。
(3)提高了系统的工作频率。