畢業(yè)論文：雙容水箱的建模及控制

大學本科畢業(yè)論文(設計)開題報告
學院：信息科學與工程學院　　　　　　　專業(yè)班級：09自動化1班

課題名稱 雙容水箱的建模及控制
設計（論文）類型
（劃√） 工程設計 應用研究 開發(fā)研究 基礎研究 其它

1、本課題的的研究目的和意義：
研究目的：液位是工業(yè)生產(chǎn)過程控制中很重要的被控變量。在實際生產(chǎn)中，液位控制的準確程度和控制效果直接影響工廠的生產(chǎn)成本、經(jīng)濟效益甚至設備的安全系數(shù)。所以，為了保證安全、方便操作，就必須研究開發(fā)先進的液位控制方法和策略。
① 了解雙容水箱液位控制系統(tǒng)的結構和組成，通過畢業(yè)設計進一步加深理解信號檢測、控制理論與過程控制系統(tǒng)等所學課程的內容。
② 掌握雙容水箱液位系統(tǒng)的數(shù)學建模及仿真方法，將機理建模法與實驗測試法相結合分析并確定該系統(tǒng)的具體模型參數(shù)。
③ 掌握雙容水箱液位PID控制下的參數(shù)整定。
研究意義：雙容水箱是較為典型的非線性、時延對象，工業(yè)上許多被控對象的整體或局部都可以抽象成雙容水箱的數(shù)學模型，具有很強的代表性，有較強的工業(yè)背景，對雙容水箱數(shù)學模型的建立是非常有意義的。同時，雙容水箱的數(shù)學建模以及控制策略的研究對工業(yè)生產(chǎn)中液位控制系統(tǒng)的研究有指導意義，例
……（新文秘網(wǎng)http://jey722.cn省略835字，正式會員可完整閱讀）……　
是受其高價格的限制，目前，國內只是少數(shù)高校的部分實驗室引進了這個設備，給基于雙容水箱系統(tǒng)的算法研究和仿真帶來了困難。
液位控制系統(tǒng)一般指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動控制系統(tǒng)的被控變量為液位的系統(tǒng)。在生產(chǎn)過程中，對液位的相關參數(shù)進行控制，使其保持為一定值或按一定規(guī)律變化，以保證質量和生產(chǎn)安全，使生產(chǎn)自動進行下去。液位過程參數(shù)的變化不但受到過程內部條件的影響，也受外界條件的影響，而且影響生產(chǎn)過程的參數(shù)一般不止一個，在過程中的作用也不同，這就增加了對過程參數(shù)進行控制的復雜性，或者控制起來相當困難，因此形成了過程控制的下列特點：
(1) 對象存在滯后
由于存在容量、慣性、阻力，被控參數(shù)不可能立即產(chǎn)生響應，這種現(xiàn)象叫做滯后。
(2) 對象特性的非線性
對象特性大多是隨負荷變化而變化，當負荷改變時，動態(tài)特性有明顯的不同。大多數(shù)生產(chǎn)過程都具有非線性，弄清非線性產(chǎn)生的原因及非線性的實質是極為重要的。
(3) 控制系統(tǒng)較復雜
從生產(chǎn)安全方面考慮，生產(chǎn)設備的設計制造都力求生產(chǎn)過程進行平穩(wěn)，參數(shù)變化不超出極限范圍，也不會產(chǎn)生振蕩，作為被控對象就具有非振蕩環(huán)節(jié)的特性。
國內研究現(xiàn)狀：
國內也有一些廠家研制了雙容水箱液位系統(tǒng)。GWT 系列水箱液位控制實驗裝置由固高科技有限公司協(xié)同香港城市大學聯(lián)合研制開發(fā)而成， 并經(jīng)過香港城市大學雙年的實踐檢驗，充分證明了其教學、實驗和研究價值。用戶既可通過經(jīng)典的PID控制器設計與調試，完成經(jīng)典控制教學實驗，也可通過模糊邏輯控制器的設計與調試，進行智能控制教學實驗與研究。各種控制器的控制效果既通過水位的變化直觀地反映出來，同時通過液位傳感器對水位的精確檢測，方便地獲得瞬態(tài)響應指標，準確評估控制性能。 開放的控制器平臺， 便于用戶進行自己的控制器設計， 滿足創(chuàng)新研究的需要。THJS-1 型雙容水箱對象系統(tǒng)實驗裝置由浙江天煌科技實業(yè)有限公司研制開發(fā)，它的出現(xiàn)為各大專院校，科研院所從事自動控制理論學習、研究及控制模型和算法探索的教師，科研人員及高年級本科生和研究生提供了一個具體的控制對象。
液位控制系統(tǒng)在國內各行各業(yè)的應用已經(jīng)十分廣泛，但從國內生產(chǎn)的液位控制器來講，同國外的日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有差距。目前，我國液位控制主要以常規(guī)的 PID 控制器為主，它只能適應一般系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復雜、時變溫度系統(tǒng)控制。而適應于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表，國內技術還不十分成熟，形成商品化并廣泛應用的控制儀表較少。由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設計方法發(fā)展的推動下，國外液位控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國技術領先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的液位控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應用。
3、本課題的主要研究內容（提綱）和成果形式：
主要研究內容：本篇設計主要是對雙容水箱液位控制系統(tǒng)的模型以及主要的指標進行規(guī)定，在做雙容水箱液位控制系統(tǒng)的設計中，被控對象模型（傳遞函數(shù)）的求取是非常重要的，求取的方法分為兩類，有理論分析計算法（機理建模）和實驗測定法。掌握了對象的模型及特性，便可以確定控制方案和控制參數(shù)，在本設計中采用的是單回路控制系統(tǒng)，然后便是被控對象參數(shù)的選擇以及儀表的選擇和該裝置傳遞函數(shù)的求取，我們要了解過程控制儀表包括調節(jié)器（含可編程調節(jié)器）、執(zhí)行器、操作器等各種新型控制儀表及裝置。單元組合式儀表有氣動單元組合儀表和電動單元組合儀表。氣動單元組合儀表，簡稱QDZ儀表。其開發(fā)應用最早，至今已有數(shù)十年的歷史，并已經(jīng)歷Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三代產(chǎn)品。由于其結構簡單、工作可靠、價格便宜、性能穩(wěn)定，而且具有本質安全防爆燈特點，所以特別適用于石油、化工等易燃易爆等場合。熟悉雙容水箱液位控制系統(tǒng)的組成結構，并對該系統(tǒng)性能的分析以及調節(jié)器的參數(shù)整定有更深的認識。
本系統(tǒng)的設計是在MATLAB軟件上實現(xiàn)對水箱系統(tǒng)的仿真及控制。運用自動控制理論和工業(yè)過程控制技術的知識建立控制系統(tǒng)的模型，在MATLAB *PC_Target環(huán)境下取得實時實驗數(shù)據(jù)，并分析得到液位模型的具體參數(shù)。最后，在簡單PID控制器下完成雙容水箱的液位控制。
成果形式：建立雙容水箱液位的數(shù)學模型，將該模型的各個未知參數(shù)求出，從而得到實際雙容水箱的模型。采用一般的 ……（未完，全文共4642字，當前僅顯示2344字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：雙容水箱的建模及控制》）