双容液位PID控制 - 图文

摘 要

本设计以THSA-1型综合自动化控制系统实验装置为平台，采用PID控制规律，对双容水箱系统的下水箱液位进行控制。以远程数据采集控制方式进行实验，并利用MCGS组态软件来实现计算机监控，使控制系统具有良好的稳态性能和动态性能。实验测试结果表明，系统实现了对过程参数的无稳态误差控制。

关键词：液位控制；PID调节；MCGS

I

Abstract

The design is according to the THSA-1 experimental device of integrated automation control system, using the PID control rules on the two-capacity water tank system to control the water level. By way of remote data acquisition and control experiments, using MCGS configuration software to monitor the computer, so that the control system will have good steady state and dynamic performance. The experimental results show that the system of process parameters achieves zero steady-state of error control.

Keywords: liquid level control; PID control; MCG

II

目录

前 言 ............................................................... - 1 - 第1章 绪论 ........................................................ - 2 -

1.1过程控制概述 ............................................................................................................ - 2 - 1.2设计内容 ................................................................................................................... - 4 -

第2章 双容水箱液位系统控制方案 .................................... - 4 -

2.1 单回路控制系统概述 ................................................................................................. - 4 - 2.2 调节器设计 ............................................................................................................... - 5 -

2.2.1单容水箱液位特性测试 ................................................................................... - 6 - 2.2.2双容水箱特性测试和被控对象的建模 .............................................................. - 8 - 2.2.3调节规律的选择.............................................................................................- 11 - 2.2.4调节器正/反作用方式的选择 ....................................... - 12 - 2.2.5调节器的参数整定 .........................................................................................- 12 -

第3章 双容水箱液位系统控制实验 ................................... - 15 -

3.1实验所用装置说明 ....................................................................................................- 15 -

3.1.1 THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台 .................................................- 15 - 3.1.2 THSA-1型过控综合自动化控制系统对象 ........................................................- 16 - 3.1.3 THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台 .................................................- 17 - 3.1.4 软件介绍 ......................................................................................................- 19 - 3.2双容水箱液位PID控制实验 ......................................................................................- 20 -

3.2.1实验内容与步骤.............................................................................................- 20 - 3.2.2实验结果与数据分析......................................................................................- 22 -

结论 ............................................................... - 28 - 参考文献 ............................................................... 29 致 谢 .................................................. 错误！未定义书签。

III

前 言

随着人类社会的发展，工业自动化也有深入的发展，电子计算机的出现更使科学技术产生了一场深刻的革命。特别是自70年代初以来，随着大规模集成电路的发展，出现了微型计算机及单片微型计算机，其运算速度快，可靠性高，价格便宜，被广泛的应用于工业、农业、国防以及日常生活的各个领域。最常见的就是用电子计算机代替自动控制系统中的常规控制设备，对系统进行调节和控制。由于计算机具有强大的逻辑判断、计算和信息处理能力，从而使自动控制达到新的水平，大大提高了生产过程的自动化程度和系统的可靠性。

以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的 自动控制系统。这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。表征过程的主要参量有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。通过对过程参量的控制，可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。一般的过程控制系统通常采用反馈控制的形式，这是过程控制的主要方式。过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。20世纪50年代，过程控制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变，从而保证产量和质量稳定。60年代，随着各种组合仪表和巡回检测装置的出现，过程控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。70年代，出现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的多级计算机控制系统。80年代，过程控制系统开始与过程信息系统相结合，具有更多的功能。

液位控制问题是工业生产过程中的一种常见问题，例如在饮料、食品加工、溶液过滤、化工生产等行业的生产加工过程中都需要对液位进行适当的控制。通过液位的检测与控制，可以了解容器中的原料、半成品或成品的数量，以便调节容器内的输入输出物料的平衡，保证生产过程中各环节的物料搭配得当。通过控制计算机可以不断监控生产的运行过程，即时显示容器的液位，保证产品的质量和数量。本文将以THSA-1高级过程控制实验装置为平台，利用MCGS组态软件来实现计算机监控，并采用PID控制规律来控制双容液位控制系统，使控制系统具有良好的稳态性能和动态性能。

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第1章 绪论

1.1 过程控制概述

在现代工业控制中, 过程控制技术是一历史较为久远的分支。在本世纪30 年代就已有应用。过程控制技术发展至今天, 在控制方式上经历了从人工控制到自动控制两个发展时期。在自动控制时期内，过程控制系统又经历了三个发展阶段, 它们是：分散控制阶段, 集中控制阶段和集散控制阶段。

从过程控制采用的理论与技术手段来看，可以粗略地把它划为三个阶段：开始到70 年代为第一阶段，70 年代至90 年代初为第二阶段，90 年代初为第三阶段开始。其中70 年代既是古典控制应用发展的鼎盛时期，又是现代控制应用发展的初期，90 年代初既是现代控制应用发展的繁荣时期，又是高级控制发展的初期。第一阶段是初级阶段，包括人工控制，以古典控制理论为主要基础，采用常规气动、液动和电动仪表，对生产过程中的温度、流量、压力和液位进行控制，在诸多控制系统中，以单回路结构、PID 策略为主，同时针对不同的对象与要求，创造了一些专门的控制系统，如：使物料按比例配制的比值控制，克服大滞后的Smith 预估器，克服干扰的前馈控制和串级控制等等，这阶段的主要任务是稳定系统，实现定值控制。这与当时生产水平是相适应的。第二阶段是发展阶段，以现代控制理论为主要基础，以微型计算机和高档仪表为工具，对较复杂的工业过程进行控制。这阶段的建模理论、在线辨识和实时控制已突破前期的形式，继而涌现了大量的先进控制系统和高级控制策略，如克服对象特性时变和环境干扰等不确定影响的自适应控制，消除因模型失配而产生不良影响的预测控制等。这阶段的主要任务是克服干扰和模型变化，满足复杂的工艺要求，提高控制质量。1975 年，世界上第一台分散控制系统在美国Honeywell公司问世，从而揭开了过程控制崭新的一页。分散控制系统也叫集散控制系统，它综合了计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术，采用多层分级的结构形式,按总体分散、管理集中的原则，完成对工业过程的操作、监视、控制。由于采用了分散的结构和冗余等技术，使系统的可靠性极高，再加上硬件方面的开放式框架和软件方面的模块化形式，使得它组态、扩展极为方便，还有众多的控制算法(几十至上百种) 、较好的人—机界面和故障检测报告功能。经过20 多年的发展，它已日臻完善，在众多的控制系统中，显示出出类拔萃的风范，因此，可以毫不夸张地说，分散控制系统是过程控制发展史上的一个里程碑。

几十年来，过程控制策略与算法出现了三种类型：简单控制、复杂控制与先进控制。通常将单回路PID控制称为简单控制。它一直是过程控制的主要手段。PID控制

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