畢業(yè)論文：雙容水箱的建模及控制

大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告
學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院　　　　　　　專業(yè)班級(jí)：09自動(dòng)化1班

課題名稱 雙容水箱的建模及控制
設(shè)計(jì)（論文）類型
（劃√） 工程設(shè)計(jì) 應(yīng)用研究 開(kāi)發(fā)研究 基礎(chǔ)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(guò)程控制中很重要的被控變量。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工廠的生產(chǎn)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、方便操作，就必須研究開(kāi)發(fā)先進(jìn)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(jié)構(gòu)和組成，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)一步加深理解信號(hào)檢測(cè)、控制理論與過(guò)程控制系統(tǒng)等所學(xué)課程的內(nèi)容。
② 掌握雙容水箱液位系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模及仿真方法，將機(jī)理建模法與實(shí)驗(yàn)測(cè)試法相結(jié)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(shí)延對(duì)象，工業(yè)上許多被控對(duì)象的整體或局部都可以抽象成雙容水箱的數(shù)學(xué)模型，具有很強(qiáng)的代表性，有較強(qiáng)的工業(yè)背景，對(duì)雙容水箱數(shù)學(xué)模型的建立是非常有意義的。同時(shí)，雙容水箱的數(shù)學(xué)建模以及控制策略的研究對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中液位控制系統(tǒng)的研究有指導(dǎo)意義，例
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是受其高價(jià)格的限制，目前，國(guó)內(nèi)只是少數(shù)高校的部分實(shí)驗(yàn)室引進(jìn)了這個(gè)設(shè)備，給基于雙容水箱系統(tǒng)的算法研究和仿真帶來(lái)了困難。
液位控制系統(tǒng)一般指工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控變量為液位的系統(tǒng)。在生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)液位的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制，使其保持為一定值或按一定規(guī)律變化，以保證質(zhì)量和生產(chǎn)安全，使生產(chǎn)自動(dòng)進(jìn)行下去。液位過(guò)程參數(shù)的變化不但受到過(guò)程內(nèi)部條件的影響，也受外界條件的影響，而且影響生產(chǎn)過(guò)程的參數(shù)一般不止一個(gè)，在過(guò)程中的作用也不同，這就增加了對(duì)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行控制的復(fù)雜性，或者控制起來(lái)相當(dāng)困難，因此形成了過(guò)程控制的下列特點(diǎn)：
(1) 對(duì)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(yīng)，這種現(xiàn)象叫做滯后。
(2) 對(duì)象特性的非線性
對(duì)象特性大多是隨負(fù)荷變化而變化，當(dāng)負(fù)荷改變時(shí)，動(dòng)態(tài)特性有明顯的不同。大多數(shù)生產(chǎn)過(guò)程都具有非線性，弄清非線性產(chǎn)生的原因及非線性的實(shí)質(zhì)是極為重要的。
(3) 控制系統(tǒng)較復(fù)雜
從生產(chǎn)安全方面考慮，生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)制造都力求生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行平穩(wěn)，參數(shù)變化不超出極限范圍，也不會(huì)產(chǎn)生振蕩，作為被控對(duì)象就具有非振蕩環(huán)節(jié)的特性。
國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：
國(guó)內(nèi)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(shí)驗(yàn)裝置由固高科技有限公司協(xié)同香港城市大學(xué)聯(lián)合研制開(kāi)發(fā)而成， 并經(jīng)過(guò)香港城市大學(xué)雙年的實(shí)踐檢驗(yàn)，充分證明了其教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和研究?jī)r(jià)值。用戶既可通過(guò)經(jīng)典的PID控制器設(shè)計(jì)與調(diào)試，完成經(jīng)典控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)，也可通過(guò)模糊邏輯控制器的設(shè)計(jì)與調(diào)試，進(jìn)行智能控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)與研究。各種控制器的控制效果既通過(guò)水位的變化直觀地反映出來(lái)，同時(shí)通過(guò)液位傳感器對(duì)水位的精確檢測(cè)，方便地獲得瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)，準(zhǔn)確評(píng)估控制性能。 開(kāi)放的控制器平臺(tái)， 便于用戶進(jìn)行自己的控制器設(shè)計(jì)， 滿足創(chuàng)新研究的需要。THJS-1 型雙容水箱對(duì)象系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置由浙江天煌科技實(shí)業(yè)有限公司研制開(kāi)發(fā)，它的出現(xiàn)為各大專院校，科研院所從事自動(dòng)控制理論學(xué)習(xí)、研究及控制模型和算法探索的教師，科研人員及高年級(jí)本科生和研究生提供了一個(gè)具體的控制對(duì)象。
液位控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的液位控制器來(lái)講，同國(guó)外的日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比，仍然有差距。目前，我國(guó)液位控制主要以常規(guī)的 PID 控制器為主，它只能適應(yīng)一般系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。而適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)外液位控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)技術(shù)領(lǐng)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(yīng)用。
3、本課題的主要研究?jī)?nèi)容（提綱）和成果形式：
主要研究?jī)?nèi)容：本篇設(shè)計(jì)主要是對(duì)雙容水箱液位控制系統(tǒng)的模型以及主要的指標(biāo)進(jìn)行規(guī)定，在做雙容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，被控對(duì)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(jì)算法（機(jī)理建模）和實(shí)驗(yàn)測(cè)定法。掌握了對(duì)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(shè)計(jì)中采用的是單回路控制系統(tǒng)，然后便是被控對(duì)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(guò)程控制儀表包括調(diào)節(jié)器（含可編程調(diào)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(dòng)單元組合儀表和電動(dòng)單元組合儀表。氣動(dòng)單元組合儀表，簡(jiǎn)稱QDZ儀表。其開(kāi)發(fā)應(yīng)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定，而且具有本質(zhì)安全防爆燈特點(diǎn)，所以特別適用于石油、化工等易燃易爆等場(chǎng)合。熟悉雙容水箱液位控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，并對(duì)該系統(tǒng)性能的分析以及調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定有更深的認(rèn)識(shí)。
本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在MATLAB軟件上實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱系統(tǒng)的仿真及控制。運(yùn)用自動(dòng)控制理論和工業(yè)過(guò)程控制技術(shù)的知識(shí)建立控制系統(tǒng)的模型，在MATLAB *PC_Target環(huán)境下取得實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并分析得到液位模型的具體參數(shù)。最后，在簡(jiǎn)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(xué)模型，將該模型的各個(gè)未知參數(shù)求出，從而得到實(shí)際雙容水箱的模型。采用一般的 ……（未完，全文共4642字，當(dāng)前僅顯示2344字，請(qǐng)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》）