双容水箱液位串级控制系统课程设计报告书.doc

双容水箱液位串级控制系统课程设计报告书 本报告书旨在设计一个双容水箱液位串级控制系统，旨在维持下水箱液位的恒定。系统由水泵 1、2 分别通过支路 1、2 向上水箱注水，在支路一中设置调节阀，为保持下水箱液位恒定，支路二则通过变频器对下水箱液位施加干扰。 一、系统建模 在本设计中，我们采用机理法建模，建立了双容水箱液位系统的数学模型。控制量为水流量 Q， 被控量为下水箱液位，控制对象特性为上水箱传递函数和下水箱传递函数。控制器为 PID，执行器为控制阀，干扰信号为在系统单位阶跃给定下运行 10s 后，施加均值为 0、方差为 0.01 的白噪声。 二、单回路控制系统设计 我们首先设计了单回路控制系统，系统框图如下所示。在无干扰情况下，我们整定了主控制器的 PID 参数，观察了各参数的变化对系统性能的影响。然后，我们加入了干扰（白噪声），比较了有无干扰两种情况下系统稳定性的变化。 三、串级控制系统设计 考虑到串级控制可以使某些主要干扰提前被发现，及早控制，我们设计了串级控制系统。系统框图如下所示。在有干扰的情况下，我们比较了单回路控制、前馈-反馈控制系统性能的变化。 四、PID 参数整定 我们采用衰减曲线法对 PID 参数进行了整定。我们将积分时间 Ti 调为最大值，将微分时间常数 TD 调为零，将比例带 δ 调为较大值。然后，我们观察了系统衰减比的变化，并根据衰减曲线法计算公式，得到 PID 参数。 五、仿真结果分析 我们使用 MATLAB 对控制系统进行了仿真，并对仿真结果进行了分析。在无干扰情况下，我们观察了 PID 参数的变化对系统性能的影响。在有干扰的情况下，我们比较了单回路控制、前馈-反馈控制系统性能的变化。结果表明，串级控制系统能够有效地对抗干扰，提高系统的稳定性和抗干扰能力。 我们成功地设计了一个双容水箱液位串级控制系统，能够维持下水箱液位的恒定，并且能够对抗干扰，提高系统的稳定性和抗干扰能力。