双容水箱水位控制系统实验报告

双容水箱如示 通常双容水箱的设计中将通过实验进行建模，分别测定被控对象水箱在输入阶跃信号后的液位响应曲线和相关参数。通过磁力驱动泵供水，控制电动调节阀的开度大小，改变水箱液位的给定量，从而对被控对象施加阶跃输入信号，记录阶跃响应曲线。在测定模型参数中可以通过智能调节仪表改变调节阀开度，增减水箱的流入水量大小，从而改变水箱液位实现对被控对象的阶跃信号输入。单回路调节系统，一般是指用一个控制器来控制一个被控对象， 其中控制器只接收一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。 双容水箱水位控制系统是一种常见的过程控制系统，广泛应用于饮料、食品加工、溶液过滤和化工生产等领域。在该系统中，液位控制是关键，它通过先进的控制算法确保水位保持在设定值，以满足生产需求。本实验报告旨在探讨双容水箱液位控制系统的组成、工作原理以及 PID 控制器的应用。 双容水箱由两个相连的水箱构成，通过磁力驱动泵供水，并利用电动调节阀来控制水箱间的水流量，进而改变液位。实验建模是通过输入阶跃信号，观察液位响应曲线，以此获取模型参数。智能调节仪表则用于调整调节阀开度，实现对液位的精确控制。单回路调节系统是这个控制系统的基础，控制器接收来自液位传感器的测量信号，并通过调节阀的开度来维持液位稳定。 PID 控制器在双容水箱液位控制中起着核心作用。PID 即比例-积分-微分控制，通过调整其三个参数（P、I、D），可以有效改善系统的响应速度和稳定性。实验中，通过MATLAB软件进行动态仿真，分析不同参数设定下的系统性能。例如，增大比例参数可提高响应速度，但可能导致系统振荡；积分参数可以消除稳态误差，而微分参数有助于减少超调和改善系统稳定性。 在实验目的上，学生需要理解双容水箱液位控制系统的构成和工作原理，掌握PID控制器的调节规律和参数整定方法。实验内容包括了解系统原理，熟悉NCSLab平台的远程控制操作，以及研究不同控制器参数对系统动态性能的影响。 双容水箱的数学模型基于托里拆利定律和动态物质平衡建立，形成状态空间方程，描述了水箱液位随时间的变化。通过调整控制器参数，如图5所示，可以实现不同阶跃输入下的液位控制。例如，图6至图9展示了不同阶跃输入（10、20、30、34）时的仿真结果，这些结果反映了系统对阶跃变化的响应速度和稳定性的变化。 总结来说，双容水箱水位控制系统是一个运用单片机技术、自动化仪表技术、计算机技术和通讯技术的集成系统。通过实验建模、PID控制算法和智能调节仪表，实现对水位的精确控制。实验不仅加深了对控制理论的理解，也提供了实际应用的经验，为实际工业生产中的液位控制提供了参考。