液位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、液位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)液位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)魏豪 11223054目錄一、引言二、液位自動(dòng)控制系統(tǒng)原理三、系統(tǒng)分解3.1 各部分傳遞函數(shù)3.2 系統(tǒng)整體傳遞函數(shù)四、時(shí)域分析五、頻域分析六、研究結(jié)論一、引言 過程控制是自動(dòng)技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，它是指對(duì)液位、溫度、流量等過程變量進(jìn)行控制，在冶金、機(jī)械、化工、電力等方面得到了廣泛應(yīng)用。尤其是液位控制技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活、生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，比如：民用水塔的供水，如果水位太低，則會(huì)影響居民的生活用水；工礦企業(yè)的排水與進(jìn)水，如果排水或進(jìn)水控制得當(dāng)與否，關(guān)系到車間的生產(chǎn)狀況；鍋爐汽包液位的控制等?？梢?，在實(shí)際生產(chǎn)中，液位控制的準(zhǔn)確程度和控制效果直接影響到工廠的生產(chǎn)

2、成本、經(jīng)濟(jì)效益甚至設(shè)備的安全系數(shù)。所以，為了保證安全條件、方便操作，就必須研究開發(fā)先進(jìn)的水位控制方法和策略。二、液位自動(dòng)控制系統(tǒng)原理如圖1所示：當(dāng)電位器電刷位于中點(diǎn)位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)不動(dòng)，控制閥門有一定的開度，使水箱中流入水量與流出水量相等，從而液面保持在希望高度上。一旦流入水量或流出水量發(fā)生變化，水箱液面高度便相應(yīng)變化。三、系統(tǒng)分解相關(guān)參數(shù)如下：1) 放大器增益K；2) Gf(s)代表浮子，杠桿部分傳遞函數(shù)；3) Gm(s)代表直流電動(dòng)機(jī)部分傳遞函數(shù)；4) Gs(s)代表水箱控制部分傳遞函數(shù)；5) Gv(s)代表閥門控制部分傳遞函數(shù)。3.1 各部分傳遞函數(shù)浮子、杠桿部分式中Ku為電壓與液位高度之

3、比，傳遞函數(shù)為：閥門部分傳遞函數(shù)為：水箱控制部分傳遞函數(shù)為：電動(dòng)機(jī)控制部分傳遞函數(shù)為：3.2 系統(tǒng)整體傳遞函數(shù)則系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：從而得出系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：四、時(shí)域分析四、時(shí)域分析2、當(dāng)給定輸入信號(hào)為單位階躍信號(hào)時(shí)，用MATLAB軟件繪制出系統(tǒng)輸出信號(hào)的響應(yīng)曲線圖，同時(shí)求出系統(tǒng)過程中的超調(diào)量pos、峰值時(shí)間tp、調(diào)節(jié)時(shí)間ts。程序1如下：clearnum=60;den=1,11,60;t=0:0.1:4;sys=tf(num,den);y=step(sys,t);plot(t,y)grid%求系統(tǒng)超調(diào)量pos、峰值時(shí)間tp、調(diào)節(jié)時(shí)間ts。maxy=max(y);yss=y(length

4、(t);pos=100*(maxy-yss)/yssfor i=1:1:40 if(y(i)=maxy) n=i; endendtp=(n-1)*0.1for i=n:1:100 if(y(i)0.98) m = i;break; endendts=(m-1)*0.1四、時(shí)域分析 輸出信號(hào)的響應(yīng)曲線圖如下圖所示：運(yùn)行結(jié)果為：pos = 4.1426tp = 0.6000ts = 0.8000因?yàn)樵撓到y(tǒng)是I型系統(tǒng)，在單位階躍信號(hào)的輸入下，其穩(wěn)態(tài)誤差為0。說明放大器增益K=6取得合理，該液位控制控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)其功能。五、頻域分析前面時(shí)域分析中,已經(jīng)得到液位控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)：根據(jù)Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)I：如果開環(huán)是穩(wěn)定的，那么閉環(huán)穩(wěn)定的條件是：當(dāng)由-時(shí)，Wk(j)的軌跡不包圍（-1，j0）點(diǎn)。所以由圖5中可以看出，該控制系統(tǒng)的Nyquist圖中開環(huán)傳遞函數(shù)沒有包圍（-1，j0）這個(gè)點(diǎn)，即液位控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)是穩(wěn)定的。接著研究液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的對(duì)數(shù)頻率曲線，同樣的用matlab軟件繪制bode圖，進(jìn)一步分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性及穩(wěn)態(tài)誤差。五、頻域分析通過求出的對(duì)數(shù)頻率特性圖6中，穿越頻率Wc對(duì)應(yīng)的PM值是大于0的。根據(jù)最小相位系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則相位裕量要大于零的依據(jù)，我們可以得出該液位自動(dòng)控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的。六、研究結(jié)論l 利用第一次課程設(shè)計(jì)得出的控制系統(tǒng)