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毕业设计 上下水箱液位串级计算机控制系统 共63页，20987字
前 言
过程控制是一门与工业生产过程联系十分密切的课程。随着科学技术的飞速发展，过程控制也日新月异地发展。它不仅在传统工业制造中，起到提高质量，节约原材料和能源，减少环境污染等十分重要的作用，而且在新建的规模大，结构复杂的工业生产过程中不可缺少的组成部分。
过程控制与生产的密切联系，这就要求我们对控制对象进行设计，本设计的被控对象是下水箱液位，被控对象有上下水箱组成，再加上管道流量也存在滞后问题，这就使控制过程存在大滞后，用简单的控制系统就不能达到控制目标，这就要求我们采用复杂控制系统来解决，本系统采用的是串级控制。在很多工业控制领域都要对液位进行控制，如：锅炉，化学反应池等，本系统只是其中的一种控制方法，对于不同的控制对象我们要采用不同的控制方法。
本设计得到了各位老师的大力支持，特别是指导老师张红涛讲师的亲自指导，并提出了详细的修改意见，在此向他们表示诚挚的感谢。由于设计者的水平有限，缺点和不足是难所避免的，希望读者批评指正。 2006年6月2日
第1章 控制系统分析
本系统被控参数主要是下水箱的液位，系统有上下两个水箱，滞后时间比较大。水位系统由于惯性大、迟延时间长，控制器输出指令u（t）会经常处于饱和点。实际水位信号低于设定值时，控制器输出指令u（t）要求增加输出量，由于迟延等因素的存在，往往使u（t）出现100％饱和。当实际水位信号回升时，指令u（t）仍在100％，只有当实际水位信号超过设定值时，输出才从100％开始下降。由于存在惯性，水位仍然上升；要使输出指令u（t）退出饱和点，经历若干时间，水位才开始下降，一旦低于设定值，又开始一个新的动作周期，使水位在较大范围内波动。简单PID控制系统不能完成控制目标，所以采用串级控制。需要检测的量有上下水箱的液位，是一个DDS控制系统，由计算机控制来完成，控制软件用组态王软件实现比较方便，如图1-1为上下水箱液位串级计算机控制原理图。
图1-1 上下水箱液位串级计算机控制原理图
被控对象动态特性：在本系统被控对象的通道中，输入量是管道流量，输出量是下水位液位。有实验和操作经验可直，该通道有大惯性和大延迟性质，这就是选择控制规律的依据。
第2章 控制规律
2.1 控制系统传递函数
由系统滞后时间比较大，简单控制系统不能完成控制目标，所以采用串级控制。主环采用PID控制，副环采用PD控制,串级控制方框图如图2-1所示。
图2-1 串级控制方框图
(1) 图中各字母所代表的含义：
Gc1(s)：控制器，细调节作用， 定值控制。
Gc2(s)：副控制器，粗调节作用，随动控制。
y1：主被控变量；R1：主设定值；Gp1(s)：主被控对象；
y2：副被控变量；R2：副设定值；Gp2(s)：副被控
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