水箱水位控制系统的设计_毕业设计(编辑修改稿)

水箱水位控制系统的设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

即噪声的影响，为此就需要处理大量的测试数据，计算机是不可缺少的工具。 它所涉及的内容很丰富，已经形成一个专门的学科分支。 水箱水位控制系统的设计 5 2 水箱水位系统概述 在能源、化工等多个领域中普遍存在着各类液位控制系统液。 各种控制方式在液位控制系统中也层出不穷，如较常用的浮子式、磁电式和接近开关式。 而随着我国工业自动化程度的提高，规模的扩大，在工程中液位控制的计算机控制得到越来越多的应用。 液位控制系统的检测及计算机控制已成为工业生产自动化的一个重要方面。 本次课程设计一水箱水位系统为例，设计水箱水位系统的模拟控 制系统，对水箱水位控制系统进行建模设计。 水箱水位控制系统硬件设计 液位自动控制是通过控制投料阀来控制液位的高低，当传感器检测到液位设定值时，阀门关闭，防止物料溢出；当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而达到控制液位的目的。 在制浆造纸工厂常见有两种方式的液位控制：常压容器和压力容器的液位控制，例如浆池和蒸汽闪蒸罐。 液位自动控制系统由液位变送器（或差压变送器）、电动执行机构和液位自动控制器构成。 根据用户需要也可采用控制泵启停或改变电机频率方式来进行液位控制。 结构简单，安装方便，操作简便直观， 可以长期连续稳定在无人监控状态下运行。 水箱水位控制系统的设计 6 有自平衡能力的单容元件 如果被控对象在扰动作用下偏离了原来的平衡状态，在没有外部干预的情况下（指没有自动控制或人工控制参与），被控变量依靠被控对象内部的反馈机理，能自发达到新的平衡状态，我们称这类对象是有自平衡能力的被控对象。 具有自平衡能力的单容对象的传递函数为 () 这是个一阶惯性环节。 描述这类对象的参数是时间常数 T 和放大系数 K。 图 单容水箱 图 是单容水箱的示意图。 我们已经推导过水箱的传递函数为 其中 T=RC， C 为水箱的横截面积， R 为输出管道阀门的阻力。 T 称为水箱的时间常数。 K 称为水箱的放大系数。 一阶系统的特性我们已经在时域分析中进行了详细的讨论，所有结论都适用于单容对象。 作为过程控制的被控对象，单容对象的时间常数比较大。 电动机的数学模型 直流电动机的数学模型。 直流电动机可以在较宽的速度范围和负载范围内得到连续和准确地控制，因此在控制工程中应用非常广泛。 直流电动机产生的力矩与磁通和电枢电流成正比，通过改变电枢电流或改变激磁电流都可以对电流电机水箱水位控制系统的设计 7 的力矩和转速进行控制。 在这种控制方 式中，激磁电流恒定，控制电压加在电枢上，这是一种普遍采用的控制方式。 设 为输入的控制电压 电枢电流 为电机产生的主动力矩 为电机轴的角速度 为电机的电感 为电枢导数的电阻 为电枢转动中产生的反电势 为电机和负载的转动惯量 根据电路的克希霍夫定理 整理后 式中： 称为直流电动机的电气时间常数； 称为直流电动机的机电时间常数； , 为比例系数。 直流电动机电枢绕组的电感比较小，一般情况下可以忽略不计，式（ ）可简化为 减速器的传递函数 减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。 减速器 在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用， 其传递函数如下： 水箱水位控制系统的设计 8 系统的传递函数 控制器，执行机构、测量变送器都属于自动化仪表，他们都是围绕被控对象工作的。 也就是说，一个过程控制的控制系统，是围绕被控现象而组成的，被控对象是控制系统的主体。 因此，对被控对象的动态特性 进行深入了解是过程控制的一个重要任务。 只有深入了解被控对象的动态特性，了解他的内在规律，了解被控辩量在各种扰动下变化的情况，才能根据生产工艺的要求，为控制系统制定一个合理的动态性能指标，为控制系统的设计提供一个标准。 性能指标顶的偏低，可能会对产品的质量、产量造成影响。 性能指标顶的过高，可能会成不必要的投资和运行费用，甚至会影响到设备的寿命。 性能指标确定后，设计出合理的控制方案，也离不开对被控动态特性的了解。 不顾被控对象的特点，盲目进行设计，往往会导致设计的失败。 尤其是一些复杂控制方案的设计，不清楚被控对象的 特点根本就无法进行设计。 有了正确的控制方案，控制系统中控制器，测量变送器、执行器等仪表的选择，必须已被控对象的特性为依据。 在控制系统组成后，合适的控制参数的确定及控制系统的调整，也完全依赖与对被控对象动态特性的了解。 由此可见，在控制工程中，了解被控制的对象是必须首先做好的一项工作。 写出控制器、执行结构、被控对象、反馈机构的传递函数，则系统的总传递函数为： )(sG = )()()()(1 )()()( sGsGsGsG sGsGsGhpvcpvc 其中： )(sGc 为系统的控制器传递函数， )(sGv 为系统的执行器传递函数， )(sGp为被控对象传递函数， )(sGh 为系统反馈装置传递函数。 水箱水位控制系统的设计 9 控制器的确定 根据本次试验，选择被控对象电机的 数学模型为 )(sGp =)1(s 1s，执行机构的传递函数为 )(sGv =501 ，反馈系统的数学模型为 )(sGh = 2 故确定当 240。 %≤30%时，系统控制器的传递函数为 )(sGc = ）（  故系统的传递函数为：)(sG = 234 2   ssss ss 系统的特征方程为： 234  ssss 劳斯表为： 4s 25 50 3s 75 0 2s 23 0 1s 18 0 0s 显然，劳斯表第一列系数符号相同，故系统是稳定的。 控制器的正反作用 控制系统要能正常工作，必须有一个负反馈控制系统。 为了保证这一点，必须正确选择各环节的正反作用。 控制器的正反作用是根据被控变量的测量值和控制器输出之间的关系确定的。 被控变量测量值增加时，控制器的输出也增加，则控制器为正作用控 制器，并规定其稳态放大系数 为负。 被控对象的测量值增加时，控制器的输出值减小，则控制器为反作用控制器，并规定器稳态放大系数 为正。 被控对象的输出与调节阀内的介质流量变化决定了被控对象的正反作用。 介质流量增加，被控对象的输出也增加，则被控对象为正作用，规定其放大系数 为正。 介质流量增加时，被控对象。