液位控制系统设计与仿真.doc

摘要：随着过程控制技术的不断成熟、生产线的不断更新以及生产设备的成本日益降低，因此，工业生产对过程技术的要求愈来愈高，所以就需要研究和开发出更加先进的控制策略。液位系统不仅在化学工程技术发挥作用，而且还是一个集控制策略的设计和开放于一体的先进的开放的平台。当然，与此同时它也在各种工业生产中为提高经济的效益、节约能源、改善劳动环境、保护大自然等方面发挥着更为重要的作用。而随着各个学科领域的不断发展，MATLAB仿真软件已经开始在众多领域里得到越来越广泛的应用，其中在工程的计算、信号处理和通讯以及金融建模设计和分析等领域逐渐成为一种基本的开发工具和平台。

本论文的设计内容是对单容水箱和双容水箱的水流量和水箱液位高度变化进行分析以及建立仿真模型。在论文中运用MATALAB/Simulink仿真系统以及PID控制设计的作用对单双容控制系统进行仿真，通过MATLAB/Simulink仿真平台对液位控制系统的被控对象进行仿真，将一个较为复杂的控制系统通过Simulink的仿真界面简单直观地显示出来。

关键词 过程控制；液位；MATALAB；PID控制

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 课题研究的背景和意义-1

1.2 液位控制系统国内外的发展现状-2

1.3 本论文的主要研究内容-4

2 液位控制系统的建模-5

2.1 水箱液位控制系统简介-5

2.2 液位控制模型建立的一般步骤-5

2.3 水箱模型分析-5

2.3.1 单容水箱液位控制系统建模-5

2.3.2 双容水箱液位控制系统建模-8

2.4 双容水箱系统模型的参数辨识-9

3 传统PID液位控制器的设计-10

3.1 PID控制器的应用与发展-10

3.2 PID算法控制的原理-11

3.3 MATLAB软件简介-12

3.4 Simulink简介-13

3.5 液位控制器Simulink仿真设计-14

3.6 本章总结-19

4 基于Smith预估的传统PID液位控制器设计-20

4.1 Smith预估控制原理-20

4.2 液位控制器Simulink仿真设计-20

4.3 单双容液位控制器程序设计验证分析-24

4.4 本章小结-27

5 基于Smith预估的积分分离式PID液位控制器-28

5.1 积分分离式PID原理-28

5.2 Smith预估控制器的程序设计-29

5.3 本章总结-32

结论-33

致谢-34

参考文献-35

附录-36