自動控制課程設(shè)計zxc啊

1、經(jīng)典水位自動控制系統(tǒng)系統(tǒng)的組成圖1-1 為一個水位控制系統(tǒng)的示意圖。由圖可見，系統(tǒng)的控制對象是水箱。被控制量（或輸出量）是水位高度（而不是與或）。使水位發(fā)生改變的外界因素是用水量，因此，為負(fù)載擾動量（它是主要擾動量）。使水位能保持恒定的可控因素是給水量，因此為主要作用量（理清與或間的關(guān)系，是分析本系統(tǒng)的組成的關(guān)鍵）圖1一1 水位控制系統(tǒng)示意圖控制的是由電動機(jī)驅(qū)動的控制閥門，因此，電動機(jī)一變速箱一控制閥便構(gòu)成執(zhí)行元件。電壓由給定電位器給定（電位器為給定元件）。由電位器給出，的大小取決于浮球的位置，而浮球的位置取決于水位。因此，由浮球一杠桿一電位器就構(gòu)成水位的檢測和反饋環(huán)節(jié)。為給定量，為反饋量，與

2、極性相反，所以為負(fù)反饋。與的差值即為偏差電壓，此電壓經(jīng)控制器與放大器放大后即為伺服電動機(jī)電樞的控制電壓。根據(jù)以上的分析，便可畫出系統(tǒng)的組成框圖 ，如圖1一2 所示。圖12 水位控制系統(tǒng)的組成框圖工作原理當(dāng)電位器電刷位于中點位置時，電動機(jī)不動，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H上。一旦流入水量或流出水量發(fā)生變化，水箱液面高度H便相應(yīng)變化。例如，當(dāng)液面升高時，浮子位置亦相應(yīng)升高，杠桿作用使電位器電刷從中點位置下移，從而給電動機(jī)提供一定的控制電壓，驅(qū)動電動機(jī)通過減速器減小閥門開度，使水箱的流量減少。此時，水箱液面下降，浮子位置下降，直到電位器電刷回到中點位

3、置，系統(tǒng)重新處于平衡狀態(tài)，液面恢復(fù)給定高度。反之，若水箱液位下降，則系統(tǒng)會自動增大閥門開度，加大流入水量，使液位升到到給定高度H。自動調(diào)節(jié)過程水位控制系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)過程流程圖如圖1-3 所示圖1一3 水位控制系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)過程直至Q1=Q2,H=H0,UB=UA,U=0時，水位平衡，電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動。4系統(tǒng)框圖根據(jù)如圖1-2 所示的系統(tǒng)的組成框圖，由各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，便可建立系統(tǒng)框圖。在圖1一2 中，水箱水位與水流量間的關(guān)系直流伺服電動機(jī)的傳遞函數(shù)；圖中的放大器、變速箱、控制閥、用水開關(guān)和浮球一杠桿一電位器組件，均可認(rèn)為是比例環(huán)節(jié)，它們的比例系數(shù)，分別為、和；至于出水量，它不僅取決于用水開關(guān)（)

4、，還與水箱水位有關(guān)（水位愈高，出水量愈大），一般可寫成；水位控制系統(tǒng)的放大器，一般采用比例調(diào)節(jié)器。在此系統(tǒng)中，水位是被控量，是給定量，是反饋量（可標(biāo)以）,是擾動量。圖14 水位控制系統(tǒng)框圖h=1/2gt2V=gt所以 V= 因此得出微分方程：A+=KuA+1/H=KuV綜上所述，便可畫出如圖15a所示的系統(tǒng)框圖。圖15水位控制系統(tǒng)框圖由以上分析可見，有出水流量的水箱為一個慣性環(huán)節(jié)，又由于水箱的底面積A通常比較大，所以水箱是一個大慣性環(huán)節(jié)。經(jīng)過簡化與合并后的系統(tǒng)框圖如圖14b 所示。5系統(tǒng)性能分析1 ）由圖l5b 可見，此系統(tǒng)含有一個積分環(huán)節(jié)和兩個慣性環(huán)節(jié)，因此控制器的增益不能過大，否則會引成振

5、蕩2 ）由圖l5b 還可見，在擾動量（）作用點前的前向通路上，含有一個積分環(huán)節(jié)（伺服電動機(jī)），因此對屬于恒值控制的水位控制系統(tǒng)來說，將是無靜差的。即。由，則有上式意味著，水箱水位將穩(wěn)定在的數(shù)值上，調(diào)節(jié)，即可調(diào)節(jié)水位。2 PID控制器2.1 PID控制器的結(jié)構(gòu)圖5 PID控制器的原理性結(jié)構(gòu)所有的PID控制器都有可以分解成給定值控制單元、PID作用單元、手動/自動轉(zhuǎn)換單元等三個主要單元，如圖5所示。圖中，給定值單元接收工業(yè)控制過程的測量量c，以及控制裝置的給定值。PID作用單元接受給定值控制單元產(chǎn)生的誤差信號e，并按給定控制律算出閉環(huán)控制信號。手動/自動單元在“自動A位置時，將PID單元的輸出信號

6、送入工業(yè)過程，此時工業(yè)過程在閉環(huán)中受到控制；而在“手動M位置時，把用戶直接在控制器上調(diào)整手動輸出信號送至工業(yè)過程，于是系統(tǒng)采用開環(huán)控制方式。PID控制器的傳遞函數(shù)主要可以表示為：或者我們還可以表示為：上述兩式中的、三個系數(shù)都要按工程單位來標(biāo)度。2.2 PID控制器的原理電路圖6 PID單元原理電路32.3 系統(tǒng)控制器的校正設(shè)計系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：G0校正方程：Gc校正后的系統(tǒng)傳遞函數(shù)：G= G0 Gc設(shè)定系數(shù)：A=1 R=10 Ku=2 Kp=10 Ti=2 TD=1所以:Gc=200 2.4 仿真圖結(jié)論1 水位控制系統(tǒng)的控制對象水箱的容量相對比較大（這意味著，它們具有較大的慣性），它們的輸出量（

7、水位或溫度T ）對給定量的響應(yīng)相對也比較緩慢，因此它們的技術(shù)指標(biāo)，主要是穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)（即穩(wěn)態(tài)誤差）。2 若以伺服電動機(jī)作為執(zhí)行環(huán)節(jié)，若偏差信號（）不等于零，經(jīng)放大后，將使電動機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直至消除偏差為止，因此是無靜差系統(tǒng)（當(dāng)然，這里未計電動機(jī)調(diào)節(jié)特性的死區(qū)，若計及死區(qū)始動電壓，則仍會有一定的穩(wěn)態(tài)誤差）。另一方面，從控制原理看，系統(tǒng)在擾動量作用點前的前向通路中（伺服電動機(jī)的傳遞函數(shù)中），含有一個積分環(huán)節(jié)，是型系統(tǒng)，因此，它對恒值控制，將是無靜差的（即）。3 由系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)以及它們相互間的聯(lián)系，就可得到系統(tǒng)框圖。由系統(tǒng)框圖，應(yīng)用自動控制原理，便可對系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。設(shè)計體會經(jīng)過一個多星

8、期的課程設(shè)計讓我學(xué)到了很多知識，首先感閆老師和同學(xué)們對我的幫助，感謝我寢室的同學(xué)一直默默的支持我。在這段課程設(shè)計期間，我在查閱大量課外質(zhì)料的同時學(xué)到了一些科技前沿的一些知識，同時也讓我把此次課程設(shè)計圓滿的完成，充實了我對自動化控制理論學(xué)習(xí)的不足。不僅如此我深深感覺到團(tuán)隊合作的重要性，團(tuán)隊需要個人，個人也離不開團(tuán)隊，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們設(shè)計成功的一項非常重要的保證。而這次實習(xí)也正好鍛煉我們這一點，使我深深懂得了這點的寶貴。我希望以后能多有這樣的機(jī)會做課程設(shè)計，使我在熟練課程的同時提高工作效率，培養(yǎng)設(shè)計能力和完整的工作體系。對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次實習(xí)必將成為