基于MATLAB的液位控制系统研究与设计.docx

摘要：液位控制在工业生产中是重要的控制应用，液位控制的对象一般都具有纯延时以及大惯性的特点，系统呈现非线性，而且在实际的工业生产中有很多外界扰动的影响，其控制精度与工艺的高低会影响产品的质量与成本，甚至会影响到工业生产的顺利进行。因此，本文对液位控制系统进行了分析，包括控制系统的控制策略。采用了单回路PID控制的方案对单容水箱液位控制系统进行控制。通过对单容水箱系统内在机理的分析，确定了单容水箱数学模型的结构形式；利用实验测出系统在开环运行情况下的阶跃响应曲线，并通过对曲线进行分析计算，确定数学模型中各个参数的值，从而建立了控制对象的数学模型；根据单容水箱液位控制系统的特点设计合适的控制策略以及PID控制器，详细介绍了控制规则以及PID控制器参数的整定方法。通过整定PID参数，建立了合适的PID控制器，满足了系统对控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。最后建立系统的仿真模型，在MATLAB软件的Simulink环境下得到仿真曲线，并且根据仿真曲线分析了控制系统的性能。

关键词：水箱建模；液位控制；PID校正；MATLAB仿真

目录

摘要

ABSTRACT

第一章  单容水箱液位控制系统概述-1

1.1 水箱液位控制系统构成及工作原理-1

1.2 被控对象建模-2

1.2.1 解析法确定过程模型的结构形式-2

1.2.2 实验来确定模型中各参数-3

1.3 MATLAB软件介绍 -5

第二章  水箱液位控制系统的组成-6

2.1 控制策略的选择-6

2.1.1 串级控制系统-6

2.1.2 单回路控制系统-6

2.2 被控变量的选择-7

第三章  控制系统方案设计与仿真-8

3.1 PID控制-8

3.1.1 原系统特性分析-9

3.1.2 PID控制规律的选择-10

3.1.3 PID调节器参数的整定方法-11

3.2 控制器参数整定-12

3.2.1 纯比例（P）作用时控制器参数整定-12

3.2.2 PI作用时控制器参数整定-14

3.2.3 PD作用时控制器参数整定-16

3.2.4 PID作用时控制器参数整定-17

3.3 系统仿真-21

结束语-24

致  谢-25

参考文献-26