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1、目录 TOC o 1-3 h z u 第一章 概述21.1设计题目21.2课程设计的目的21.3课程设计的主要内容和要求21.3.1 实验系统技术数据21.3.2 水箱内水流的假设31.3.3 工作内容及要求3第二章 双容水箱系统的数学建模42.1 双容水箱系统机理模型42.2 阻力板流量特性分析62.3 双容水箱的线性数学模型102.4 控制算法设计11第三章 双容水箱系统数学建模的仿真113.1控制系统仿真环境113.1.1 MATLAB简介113.1.2 SIMULINK仿真环境123.1.3 双容、多容水箱系统的仿真分析123.2双容水箱系统数学建模的参数整定143.3运用力控组态软件
2、对系统进行设计分析173.3.1 I/O点收集及表单173.3.2创建实时数据库183.3.3制作双容液液位控制系统主画面18第四章 课设总结21第五章 主要参考文献22第一章 概述1.1设计题目液位控制系统的设计与实现1.2课程设计的目的通过本设计，学生可以加深对液位控制这一过程系统建模、仿真、分析、控制策略设计及实现的理解，熟悉过程对象的控制特性，较好地掌握计算机控制系统的典型分析方法、基本设计方法及实现方法，提高观察、分析和解决问题的能力，培养严谨的科学态度，获得科学研究的初步技能。1.3课程设计的主要内容和要求 1.3.1 实验系统技术数据双容水箱水箱横截面图（单位：mm）：流入上水箱
3、水的最大流量233219 mm3/s差压变送器 电容式，变送器输出信号范围：420 mA气动薄膜调节阀 ZMAY型，气关式电/气转换器 QZD型，输入信号：420mA电流信号；输出信号：0.020.1MPa气动模拟信号。数据采集卡 PCI-83331.3.2 水箱内水流的假设在进行阻力板流量特性分析时，水箱中的水流是相当复杂，无法精确的分析，而且液体具有收缩性、粘性等性质。所以在分析流量特性的过程中只能在理想条件下求解，最后通过实验测定阻力板流量系数，加以修正。水箱中的水波和涡流经过隔板的多次削弱后，水流可以认为是平缓的紊流，因此对流过阻力板的水流做如下的假设：(1) 流过阻力板同一高度任一微
4、小面积上的水流速度大小相等，且方向平行；(2) 水流通过阻力板平面时做垂直于该平面的运动；(3) 水流经过阻力板后的压强为大气压；(4) 流过阻力板的水流不计粘滞力和表面张力的影响。1.3.3 工作内容及要求 系统组成分析认真阅读设计中用到的实验装置的使用说明书，分析液位控制系统的组成、工作原理、特性参数。 控制方案制定制定液位控制系统的控制方案，包括拟采用何种控制策略控制、使用何种软件环境实现、计划达到何种控制效果。 水箱的数学建模建立双容水箱数学模型并分析其控制特性。 控制策略设计及仿真研究设计液位控制系统的控制策略，并在Matlab/Simulink环境下仿真研究，得到较为满意结果。 控
5、制策略实现将设计的控制策略在组态软件下实现，同时实现输入输出数据显示和曲线绘制、过程动画组态等功能。第二章 双容水箱系统的数学建模2.1 双容水箱系统机理模型同对单容水箱系统进行机理建模一样，首先要先简化系统结构，双容水箱系统结构。见图2.1。Q3阀3阀2阀1Q2h1h00Q1h2图2.1双容水箱系统结构与传统的连通式双容水箱相比，有如下不同： 插入阻力板可以灵活改变其流出量的流量特性； 液体流出量受阻力板影响，随液位的变化而变化，不能直接控制； 水流流形相当复杂，而且液体具有收缩性、粘性等性质，具有明显的水力学特性，流量特性的难以确定，导致数学建模复杂； 数学模型复杂，具有多阶次、强非线性的
6、特点，控制难度大。根据动态物料平衡关系，单位时间内进入被控过程的物料减去单位时间内从被控过程流出的物料等于被控过程内物料存储量的变化率。所以状态方程为液容定义为引起单位位能变化所需要的容器中存储液体量的变化，容器的液容等于容器的横断面积。图2.2 水箱横截面图1号水箱的液容：2号水箱的液容：2.2 阻力板流量特性分析由于每个水箱的水流经过阻力板后流出，阻力板板孔非常小，靠近板孔的水流向孔内收缩，水流不断加速，如图4.2所示。在进行阻力板流量特性分析时，水箱中的水流是相当复杂，无法精确的分析，而且液体具有收缩性、粘性等性质。所以在分析流量特性的过程中一般只能在理想条件下求解，最后通过实验测定阻力
7、板流量系数，加以修正。 图2.3 阻力板水流本装置中具有专门针对水的流形、水箱的多级水流避震、消弱多项措施。 水箱中的水波和涡流经过隔板的多次削弱后，水流可以认为是平缓的紊流，因此对流过阻力板的水流做如下的假设： 1、流过阻力板同一高度任一微小面积上的水流速度大小相等，且方向平行。2、水流通过阻力板平面时做垂直于该平面的运动。3、水流经过阻力板后的压强为大气压。4、流过阻力板的水流不计粘滞力和表面张力的影响。线性阻力板的底部是一个宽为B，高为A的矩形孔，上部为宽X随高度Z增加逐渐缩小的隙缝，满足关系式对给定最大流量为1.0 m3/h 时，A=5mm，B=14.784mm，对上图截面由理想伯努力
8、方程得到：建立直角坐标系，取过阻力板底边的直线为x轴，过底边的中点垂直向上为z轴。实际液位高度为H，取z为积分变量，它的变化区间为 0 , H ，采用定积分元素法可以求得不同液位高度时流过阻力板的液体流量。下面先求由于上式前两项非常小及，所以可简化为实际的液体有粘性，在流动过程中必然有能量损失，因此实际流量比理想值要小，引入修正系数后，上式就为实验测得2.3 双容水箱的线性数学模型根据上面的分析上式说明此时双容水箱为线性系统，将相应参数值C1、C2、C3、A、B、g和代入，其传递函数为 其结构框图如图2.4U(s)图2.4 闭环控制框图2.4 控制算法设计典型I型系统设计法PI调节器根据典型I
9、型系统动态性能指标与参数的关系，可知当时，因此，PI控制器的参数为校正后传递函数框图如图2.5H1（s）（s）图2.5 闭环控制框图Qi（s）（s）第三章 双容水箱系统数学建模的仿真3.1控制系统仿真环境3.1.1 MATLAB简介计算机仿真是对控制系统进行科学研究的重要手段。通过计算机仿真来对比各种控制策略和方案，优化并确定相关参数，以获得最佳控制效果，是多年来控制系统设计尤其是新控制策略算法研究中不可缺少的技术。 MATLAB是Math Works公司于1984年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，它集数值计算，矩阵运算，信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的，界面友好的用户环境。
10、由各个领域的专家相继推出了MATLAB工具箱，其中主要有信号处理(signal processing)、控制系统(control system)、神经网络(neural network)、模糊逻辑(fuzzy logic)、图像处理( image processing)、小波(wavelet)等工具箱13。本文主要是利用了SIMULINK工具箱和M文件。3.1.2 SIMULINK仿真环境SIMULINK是MATLAB环境下的模拟工具，提供了很方便的图形化功能模块，以便连接一个模拟系统，简化设计流程，减轻设计负担。此外，SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持线
11、性和非线性系统，连续和离散时间模型，或者是两者的混合。SIMULINK为用户提供了用方框图进行建模的图形接口，包含有(Sink)输出方式、(Source)输入源、(Linear)线性环节、(Nonlinear)非线性环节、(Connectors)连接与接口、(Extra)其他环节子模型库，而且每个子模型库中包含有相应的功能模块，还也可以定制和创建自己的模块13。3.1.3 双容、多容水箱系统的仿真分析上面讨论了系统的建模方法并实际测得了水箱液位控制的传递函数。在设计控制器之前，先要对系统进行MATLAB仿真，得到较平滑精确的曲线，对其进行稳定性分析，进而明确设计的方向。在此基础上，还要分析系统
12、的动态、稳态性能，从而明确所设计控制器期望达到的控制质量。以典型的多阶系统二阶系统为例进行分析。上面，已经求得双容水箱液位控制系统的开环传递函数为从表达式来看，双容水箱系统为具有纯时延环节的二阶系统。数学模型为：其阶跃响应曲线如图所示：从图上标示可以看到该系统稳态特性及动态特性的相关参数不难看出系统的超调量很大，动态特性勉强符合要求，但由于系统存在的静差，并且误差较大，那么在实际工业生产中就很难符合工艺要求。另外，水位上升到终值并且达到误差小于5%的调节时间较长，即达到稳定需要的时间较长，这在我们的设计中也是要尽量改进的。通过对原系统进行分析，确定PI结构控制器的基本方向如下：(1) 设计后的
13、系统地超调量尽可能减小；(2) 系统无静差，严格跟踪输入量；(3) 调节时间尽可能缩短；(4) 在满足上述条件前提下尽可能削弱抖震。3.2双容水箱系统数学建模的参数整定PID控制是比例积分微分控制的简称。在生产过程自动控制的发展历程中，PID控制是历史最悠久、控制性能较强的基本调节方式。PID控制原理简单，易于整定，使用方便。因此按照PID控制性能工作的各类调节器广泛应用于工业生产部门。另外，PID的控制性能指标对于受控对象特性的稍许变化不很敏感，能一定程度上保证调节的有效性，故PID控制仍然是最广泛应用的基本控制方式。在PID控制算法中，控制作用由比例、积分、微分3种基本控制环节组成。这3种
14、控制作用的特点如下：1. 比例控制作用：系统误差一旦产生，控制器立即就有控制作用，使被PID控制的对象朝着减小误差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数Kp。缺点是对于具有自衡能力的被控对象存在静差。加大Kp可减小静差，但Kp过大，会导致系统的超调增大，使系统的动态性能变差。2. 积分控制作用对误差进行记忆并积分，有利于消除系统的静差。不足之处在于积分作用具有滞后特性，积分作用太强会使被控对象的动态品质变坏，以至于导致闭环系统不稳定。3. 微分控制作用的特点通过对误差进行微分，能感觉出误差的变化趋势，增大微分控制作用可加快系统响应，使超调减小。缺点是对干扰同样敏感，使系统对干扰的抑制能力降低
15、。根据被控对象的不同，适当地调整PID参数，可以获得比较满意的控制效果。调节器参数整定的方法很多，但总体说来可以归结成为两大类：一是通过理论计算进行整定；二是工程整定方法。理论计算整定方法是依据系统的数学模型，采用控制理论的根轨迹法、频率特性法等，经过理论计算确定调解器的参数值，但这种方法过分依赖数学模型，计算繁琐，且得到的计算数据未必可以直接应用，还必须通过工程实际进行调整和修改。故理论计算整定方法只是提供理论指导，工程中很少应用。工程整定方法依靠工程经验，直接在实验过程中进行整定，且方法简单、实用。工程整定方法主要有临界比例度法、反应曲线法和衰减曲线法。这里采用衰减曲线法进行整定。整定后数
16、学模型为：整定后双容水箱系统响应曲线如下图：实验中避免不了扰动，因此增加扰动后数学建模如下图：输入输出口子图：仿真结果图：3.3运用力控组态软件对系统进行设计分析3.3.1 I/O点收集及表单表5.3.1.1力控点表在本实验中，我们需要定义一个I/O设备，其定义过程如下：选择“变量”“I/O设备组态”“力控”“仿真驱动”“SIMULATOR仿真器”,出现如下窗口：图5.3.1.2 I/O设备定义3.3.2创建实时数据库在该系统中，我们需要创建一个实时数据库。数据库点的创建的步骤如下；选取“工程项目”中“变量”下的“数据库组态”双击单元格后进入如下界面。3.3.3制作双容液液位控制系统主画面1、
17、工程管理器的使用1）启动力控的“工程管理器”；2）按“新增应用”按钮，添加应用名，点击“确定”按钮，然后再点击“开发系统”按钮，进入力控的组态界面；2、创建组态界面1）选择“文件”“新建”创建一个“双容液液位控制系统主画面”窗口。2）打开DRAW的“工具箱”，选择相应的画图工具， 双击画面，连接各容器可以得到如下图。在设定“IO设备驱动”和“数据库组态”、“应用程序动作”后，根据上面算的参数可得进入程序DCF1.PV=1;X2=0;T=0;程序运行周期执行L=79;W=-LEVEL_3.PV+45;LS=L-W;X2=X2+W*1;Q=0.00611975*W+0.00010127*X2;IF
18、 Q=1 THENQ=1;ENDIF;ENDIF;QD1.PV=1-Q;结束程序DCF1.PV=0;将所有的改动都进行保存，得到运行所有数据的文件夹，到双容水箱验证结果可得如下液位历史曲线：第四章 课设总结通过这次课程设计实习，在这次实习中我们运用MATLAB软件和力控仿真软件建立模型和一些PI参数的整定，采用MATLAB软件绘制仿真结果曲线，并采用力控系统设计工具箱绘制实际水箱模型。实习中我们进一步的尽量将一些抽象的问题具体化最后并在具体模型中体现出来。在使用力控软件时对历史趋势曲线表格的设计让我们了解到动态过程，并不是凭MATLAB仿真就能够得到的，理论和实际还是有很大的区别的，理论是平滑
19、的曲线，在实际中曲线却不尽如人意，最后能够达到平衡就已经是很不错的结果了。在这个过程中小组的队员一起协作，对实习题目：双容液位闭环控制系统，进行集体讨论，并对一系列的问题进行分工制，在实习过程中不仅对一些工业设计软件进行了学习还是对我们团队协作能力的一种考验。最后在这次实习中，我们学习到了一些如何将一些实际的工程问题用一些设计软件来进行模拟，并且对他进行很详细的分析。更重要的也是对问题的一种协作完成的过程，这是非常重要的。第五章 主要参考文献1 张计科，王志和. 计算机集成控制系统课程设计指导书.呼和浩特：内蒙古工业大学，20052 李炜，徐孝平水力学武汉：武汉水利电力大学出版社，20003
20、孔珑水力学北京：高等教育出版社，20004 方康玲主编.过程控制系统.武汉：武汉理工大学出版社20025 金以慧.过程控制.北京：清华大学出版社19936 郭锁凤主编.计算机控制系统设计与实现.北京：航空工业出版社1987- 欢迎下载资料，下面是附带送个人简历资料用不了的话可以自己编辑删除，谢谢！下面黄颜色背景资料下载后可以编辑删除X X X 个 人 简 历个人资料姓 名：xxxx婚姻状况：未婚照片出 生：1987-06-24政治面貌:团员性 别：男民 族：汉学 位：本科移动电话：专 业：英语电子邮件：地 址： 教育背景2006.9-2010.6吉林工程技术师范学院-外国语言文学系主修课程本科
21、阶段主修大学英语精读，大学英语泛读，英语口语，英语听力，英语写作，英语口译，翻译学，词汇学，语法学，英美概况，英国文学，美国文学，语言学，日语，中外名胜。特长及兴趣爱好除了有专业的英语方面知识外，我在校生活部工作一年, 在系宣传部和秘书处各工作一年。为全面发展，大三上学期，我加入系文学社，参于了我系心韵杂志的创刊和编辑工作。在这些活动中锻炼了我的领导和团队协作能力，学会了更好的与人相处，这些在我以后的工作中一定会有很大的帮助。计算机能力能熟悉使用Office工具以及Photoshop、Flash等软件。获国家计算机二级等级资格证书。外语水平通过英语专业四级考试，能熟练进行听说读写译。奖励情况：
22、2007-2008 优秀学生会干部 200807 师生合唱比赛一等奖普通话水平测试等级证书英语专业四级证书自我评价X X X 个 人 简 历个人资料姓 名： 婚姻状况：未婚出 生： 政治面貌：团员性 别： 民 族：汉学 位： 移动电话：专 业： 电子邮件：地 址：教育背景2006.9-2010.6吉林工程技术师范学院-外国语言文学系主修课程大学英语精读，大学英语泛读，英语口语，英语听力，英语写作，英语口译，翻译学，词汇学，语法学，英美概况，英国文学，美国文学，语言学，日语，中外名胜。能力及特长这要写你明你有什么样的能力及经验，最重要就是告诉用人单位，你会做什么？计算机能力能熟悉使用Office
23、工具以及Photoshop、Flash等软件。获国家计算机二级等级资格证书。外语水平通过英语专业四级考试，能熟练进行听说读写译。.奖励情况2007-2008 优秀学生会干部 200807 师生合唱比赛一等奖普通话水平测试等级证书英语专业四级证书实习经验（或实践经验或兼职经验）这里写上你的实习经验或实践经验或兼职经验等信息吧，标题自己起一个贴切的。自我评价本人性格开朗、稳重、有活力，待人热情、真诚。工作认真负责，积极主动，能吃苦耐劳。有较强的组织能力、实际动手能力和团体协作精神，能迅速的适应各种环境，并融入其中。我不是最优秀的，但我是最用功的；我不是太显眼，但我很踏实；希望我的努力可以让您满意。
24、这里不要照抄哦，不会写自我评价的朋友，你可以访问http 这里有很多自我评价范文可以参考。（按住键盘的CTRL键，再用鼠标点链接就可以直接打开网站，不用复制到浏览器的。）本人性格热情开朗、待人真诚，善于沟通，应变能力较强。懂得珍惜拥有的一切。B内张型鼓式制动器C湿式多片制动器D浮钳盘式制动器289.零配件市场上的主要价格形式（ABC）A厂家指导价B市场零售价C配件厂价格290.油漆出险桔皮皱，即表面不光滑，可能的原因（ D ）A涂装间通风国强B稀释剂干燥速度过快C稀释剂干燥速度过快慢D一次喷涂过厚291.汽车的动力性能包括（ACD）A最高车速B平均车速C加速时间D能爬上的最大坡度292.车险定
25、损核价运作规范规定事故车辆修复费用包括（ABCD）A事故损失部分维修工时B事故损失部分需更换的配件费C残值D税费293.车辆全损或推定全损案件， 在确定损失前，应该了解（ABD）汽车信息A了解车辆购置时间、价格B取得车辆的购置发票或其他证明C了解车辆的购置渠道D了解车辆的所有人294.机动车电器故障引起火灾的主要原因有（BC）A电瓶故障B线路故障C电器元件故障D日光聚集295. 车险定损核价运作规范规定对残值处理的原则（AB）BA所有残值归被保险人所有，保险人在维修费中扣除B事故车辆更换的配件由保险人收回后不计入残值之内C所有配件必须折旧卖给被保险人D所有配件必须折旧卖给维修厂或废品收购站29
26、6.从火灾原因调查的角度，汽车火灾的原因分（ABCD）A机械故障类（如发动机过热）B电器类（线路老化短路）C人为类（纵火）D交通事故类（碰撞、倾覆、货物引起）297.对汽车整车进行测量非常重要的平面（D）?A基本面B中心面C零平面D下平面298.机械配件的基本维修原则（ABCD）A超过配合尺寸，通过加工也无法得到装配技术要求B变形通过矫正无法保证使用性能和安全技术要求C断裂无法焊接或焊接后无法保证使用性能和安全技术要求D转向等涉及到安全的所有发生变形的配件299.被保险人可依据哪些有效证明作为领取赔款的凭证（A）ACA居民身份证B有效驾驶本C户口薄300.驾驶员未取得驾驶资格包括哪些情况（AB
27、CD）ABCA无驾驶证B驾驶车辆与准驾车型不符C公安交关部门规定的其他属于非有效驾驶的情况D驾驶证丢失301.车险网上理赔系统录入的要求有哪些（ABCDE）A查勘时间照片最佳大小为60-80kB扫描仪设置方档最佳大小100-150kC索赔申请书应当由当事驾驶员在第一时间亲笔填写D车损照片的拍摄必须符合车险定损核价运作规范的相关规定E驾驶证，行驶证应尽量在查勘环节第一时间采取原件拍摄 判断题 1. 185/65R14，其中R代表Radial：表达轮胎纹络为放射状的又称“子午线”() 2. 检查安全气囊系统故障时，必须先拆下蓄电池负极，再使用仪器读出故障代码。() 3. 路面附着性能越好，汽车抗热
28、衰退性能越好。() 4. 废气再循环的作用是减少HC、CO和NOX的排放量() 5. 机动车辆保险条款（2005版）中,保险车辆发生事故,应当由第三者负责赔偿但确实无法找到第三者的,赔偿处理时实行30%绝对免赔率（） 6. 受害人无固定收入的，按照其最近二年的平均收入计算；() 7. 营运机动车在规定检验期限内经安全技术检验合格的，不再重复进行安全技术检验() 8. 本公司与被保险人就赔款金额协商确定并赔偿结案后，受害人又就同一事故向被保险人提出赔偿请求的，本公司可二次追加赔付（） 9. 维修车辆竣工结帐后,驾驶员驾驶车辆从修理厂开出时与一辆车辆相撞,因碰撞地点还在修理厂内,我司不负赔偿责任.
29、（） 10. 机动车辆保险条款（2005版）基本险有四个独立险种（）11用于支付公安交管部门逃逸案件处理费用的特殊案件可视金额参照本机构核赔权限进行审核（）12.四冲程发动机的做工冲程中，曲轴带动活塞从上支点向下至点运动，此时进气门关闭（）13.当汽车在一般条件下行使时，应选用双速主减速器中的高速档，而在行使条件较差时，则采用低速档（）14.评价汽车制动性的指标制动效能、制动效能的恒定值、制动时的方向稳定性（）15.热塑性材料件损伤以修复为主，热固性塑性件损伤需更换（）16.投保人对投保标的具有保险利益，不具有保险利益的，保险合同无效（）17. 道路交通安全法实施条例有关高速公路应当标明车道行
30、使速度，最高120公里小时，最低70公里小时（）18.暴风指风速28.5米/以上的大风（）19.刚性万向节是靠零件的铰链式联结来传递动力的，而挠性万向节则是靠弹性零件来传递动力的（）20.查勘案件查勘完毕后，只能点击发送按钮发送案件，不能通过 点击申请核价或申请核损按钮直接到达目的平台（）21.双片离合器中间压盘的前后，都需设有限位装置（）22.各种车身的修复，都不要使用测量工具测量车身尺度（）23附加险条款与基本险条款相抵触之处，以附加险为准，未尽之处，以基本险为准（）24.保险车辆因路面不平导致两个以上车辆轮胎磨损严重后破裂，轮胎的损失我司不负责赔偿（）25.李某于2006年4月1日向我司
31、投保一辆奥迪A6汽车，于同年10月30日于一摩托车发生双方事故，经交警裁定李某为主要责任，对于该事故作为核赔人在审核时首先核对三者方的承保情况。（）26.汽车转弯时，转弯半径越大车速越小，附着系数越小，中心位置越高，其操作稳定性越好。（）27.应当有交强险赔偿的损失和费用，如交强险未赔付，商业三者险也可赔付（）28. 一张照片已能反映出多个部件、部位受损真实情况的不需要单个或重复拍摄，重大配件或价格较贵的配件同样如此，不必单独牌照（）29.书面委托代理的授权委托书应当载明代理人的姓名或者名称、代理事项、权限和期间，并由委托人签字或盖章。（）30.气缸盖衬垫俗称汽缸床（）31.轿车一般采用边梁式
32、车架（）32.汽车实际价指投保车辆在保险合同签订地的市场价格（）33.四冲程发动机的作功冲程中曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，此时，进排气门关闭（）34. 公民下落不明满三年的，利害关系人可以向人民法院申请宣告他为失踪（）35.在道路上发生交通事故，车辆驾驶人应立即停车，保户现场，因抢救应标明位置（）36.保险车辆发生多次事故，累计赔付金额时，保单合同自动终止（）37.本公司与被保险人就赔偿金额协商确定并赔偿结案后，受害人又就同一事故向被保险人提出赔偿请求，本公司可以追加赔付（）38.车辆停放过程中突然遭受洪水侵袭，紧会造成电器部分及线路损坏，可给予一定的清洁费用（）39.本车上的财产损失属于标的商业三者险的理赔范围（）40.承保年度单均赔款（统计期间该承保年度所有保单项下已决赔款未决赔款）/统计期间该承保年度承保数量
