题目12 下水箱液位前馈-反馈控制

一、课程设计目的

1、通过本实验进一步了解液位前馈-反馈控制系统的结构与原理。

2、掌握前馈补偿器的设计与调试方法。

3、掌握前馈-反馈控制系统参数的整定与投运方法。二、课程设计使用的实验设备

1. THJ-FCS 型高级过程控制系统实验装置。

2. 计算机及相关软件。三、实验工作原理

本实验的被控制量为下水箱的液位，主扰动量为变频器支路的流量。本实验要求下水箱液位稳定至给定值，将压力传感器LT3检测到的下水箱液位信号作为反馈信号，它与给定量比较后产生的差值为调节器的输入，其输出控制电动调节阀的开度，以达到控制下水箱液位的目的。而扰动量经过前馈补偿器后直接叠加在调节器的输出，以抵消扰动对被控对象的影响。本实验系统的结构图和方框图如图12-1所示。

图12-1 下水箱液位前馈-反馈控制系统

(a)结构图 (b)方框图

由图可知，扰动F （s ）得到全补偿的条件为

F(s)G f (s)+F(s)G F (s)G 0(s)=0

G F (s)=-)

()(0s G s G f (12-1)

上式给出的条件由于受到物理实现条件的限制，显然只能近似地得到满足，即前馈控制不能全部消除扰动对被控制量的影响，但如果它能去掉扰动对被控制量的大部分影响，则认为前馈控制已起到了应有的作用。为使补偿器简单起见，G F (s)用比例器来实现，如图其值按本章式(12-1)来计算。

四、静态放大系数K F 的整定方法

（一）开环整定法

开环整定法是在系统断开反馈回路的情况下，仅采用静态前馈作用，来克服对被控参数影响的一种整定法。整定时，K F 由小到大缓慢调节，观察前馈补偿的作用，直至被控参数基本回到给定值上，即实现完全补偿。此时的静态参数即为最佳的整定参数值K F ，实际上K F 值符合下式关系，即

K F ＝

f K K (12-2)

式中：K f 、K 0分别为扰动通道、控制通道的静态放大系数。

开环整定法适用于在系统中其他扰动不占主要地位的场合，不然有较大偏差。（二）前馈-反馈整定法

图12-2 前馈-反馈系统参数整定方框图

在图12-2所示系统反馈回路整定好的基础上，先合上开关K ，使系统为前馈-反馈控制系统，然后由小到大调节K F 值，可得到在扰动f （t ）作用下如图12-3所示的一系列响应曲线，其中图12-3（b ）所示的曲线补偿效果最好。

(a)欠补

偿 (b)补偿

合适 (c)过补偿图12-3 前馈-反馈系统K F 的整定过程

（三）利用反馈系统整定K F 值

待图12-2所示系统运行正常后，打开开关K ，则系统成为反馈控制。

1、待系统稳定运行，并使被控参数等于给定值时，记录相应的扰动量F 0和调节器输出u 0。

2、人为改变前馈扰动，使F 0变为F 1，待系统进入稳态，且被控参数等于给定值时，记录此时调节器的输出值u 1。

3、按下式计算K F 值

K F =

101F F u u -- (12-3)

五、实验控制系统流程图

本实验控制系统流程图如图12-4所示。

图12-4 实验控制系统流程图

本实验主要涉及三路信号，其中两路为现场测量信号，它们分别是下水箱液位和变频器支路的管道流量；另外一路是控制阀门定位器的控制信号。

本实验中的变频器支路的管道流量信号是标准的模拟信号，与SIEMENS 的模拟量输入模块SM331相连， SM331和分布式I/O 模块ET200M 直接相连，ET200M 挂接到PROFIBUS-DP 总线上，PROFIBUS-DP 总线上挂接有控制器CPU315-2 DP （CPU315-2 DP 为PROFIBUS-DP 总线上的DP 主站），这样就完成了现场测量信号向控制器CPU315-2 DP 的传送。

本实验中的执行机构（阀门定位器）和下水箱液位检测装置（压力变送器）均为带PROFIBUS-PA通讯接口的部件，挂接在PROFIBUS-PA总线上，PROFIBUS-PA总线通过LINK和COUPLER组成的DP链路与PROFIBUS-DP总线交换数据，PROFIBUS-DP总线上挂接有控制器CPU315-2 DP，由于PROFIBUS-PA总线和PROFIBUS-DP总线中信号传输是双向的，这样既完成了现场检测信号向CPU的传送，又使得控制器CPU315-2 DP发出的控制信号经由PROFIBUS-DP总线到达PROFIBUS-PA总线来控制执行机构阀门定位器。

六、实验内容与步骤

本实验选择中水箱和下水箱串联作为被控对象，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F2-1、F2-4全开，将阀门F1-10、F1-11开至适当开度(阀F1-10>F1-11)，其余阀门都关闭。

1、接通控制系统电源，打开用作上位监控的的PC机，进入的实验主界面。

2、在实验主界面中选择本实验项即“下水箱液位前馈-反馈控制实验”，系统进入正常的测试状态，呈现的实验界面如图12-5所示。

图12-5 系统监控界面

3、在实验界面中点击“启动变频器”按钮启动变频器。并在变频器频率设定输入框中给变频器一个适当的工作频率。

4、合上三相电源空气开关，使磁力驱动泵上电打水。

5、按单回路的整定方法整定调节器参数，并按整定的参数进行调节器设定。按前面静

态放大系数的整定方法整定前馈放大系数K F。

6、待液位稳定于给定值时，打开阀门F2-4或F2-5，给变频器设定较小频率给中水箱(或下水箱)打水加干扰（要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出），观察计算机记录下的水箱液位的响应过程曲线。

7、将前馈补偿去掉，即构成双容液位定值控制系统，重复步骤6，用计算机记录系统的响应曲线，比较该曲线与加前馈补偿的实验曲线有什么不同。

七、设计报告要求

1、画出下水箱液位前馈-反馈控制实验的结构框图。

2、用实验方法确定前馈补偿器的静态放大系数，并写出其整定过程。

3、根据实验数据和曲线，分析系统在相同扰动作用下，加入前馈补偿与不加前馈补偿

的动态性能。

4、根据所得的实验结果，对前馈补偿器在系统中所起的作用作出评述。

水箱液位控制系统设计说明

过程控制综合训练课程报告 16 —17 学年第二学期课题名称基于PLC和组态王的系统姓名学号班级成绩

水箱液位控制系统 [摘要] 在工业生产过程中，液位贮槽如进料罐、成品罐、中间缓冲器、水箱等设备应用十分普遍，为了保证生产正常进行，物料进出需均衡，以保证过程的物料平衡。因此，工艺要求贮槽的液位需维持在给定值上下，或在某一小围变化，并保证物料不产生溢出。例如，锅炉系统汽包的液位控制，自流水生产系统过滤池、澄清池水位的控制等等。根据课题要求，设计一个单容水箱的液位过程控制系统，该系统能对一个单容水箱液位的进行恒高度控制。关键词：过程控制液位控制PID控制 Abstract: In the process of industrial production, liquid storage tank such as product cans, buffer, tanks and other equipments are widely used. In order to ensure the normal production,material supply and demand must be balanced to guarantee the process of the production. So, the process requires that the liquid level in the tank should be maintained at a given value, or change in a small range,and ensure that the material does not overflow,for instance,system of boiler drum level control, level control of filter pool and clarification pool of self-flowing water production

前馈控制系统的基本原理

前馈控制系统前馈控制系统的基本原理前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使受控变量维持在设定值上。图2.4-1物料出口温度θ需要维持恒定，选用反馈控制系统。若考虑干扰仅是物料流量Q ，则可组成图2.4-2前馈控制方案。方案中选择加热蒸汽量s G 为操纵变量。图2.4-1 反馈控制图2.4-2 前馈控制前馈控制的方块图，如图2.4-3。系统的传递函数可表示为： ) ()()() ()(1S G S G S G S Q S Q PC ff PD += （2.4-1）式中)(s G PD 、)(s G PC 分别表示对象干扰道和控制通道的传递函数； ) (s G ff 为前馈控图2.4-3 前馈控制方块图制器的传递函数。系统对扰动Q 实现全补偿的条件是：

0)(≠s Q 时，要求0)(=s θ （2.4-2）将（1-2）式代入（1-1）式，可得 ) (s G ff = ) ()(S G S G PC PD - （2.4-3）满足（1-3）式的前馈补偿装置使受控变量θ不受扰动量Q 变化的影响。图2-4-4表示了这种全补偿过程。在Q 阶跃干扰下，调节作用c θ和干扰作用d θ的响应曲线方向相反，幅值相同。所以它们的合成结果，可使θ达到图2.4-4 前馈控制全补偿示意图理想的控制连续地维持在恒定的设定值上。显然，这种理想的控制性能，反馈控制系统是做不到的。这是因为反馈控制是按被控变量的偏差动作的。在干扰作用下，受控变量总要经历一个偏离设定值的过渡过程。前馈控制的另一突出优点是，本身不形成闭合反馈回路，不存在闭环稳定性问题，因而也就不存在控制精度与稳定性矛盾。 1．前馈控制与反馈控制的比较图 2.4-5 反馈控制方块图图 2.4-6 前馈控制方块图

前馈反馈水箱控制系统设计

课程设计名称：前馈反馈水箱控制系统系别：专业：姓名：学号：指导教师：

·成绩评定· 指导教师评语：课程设计成绩评定班级姓名学号综合成绩：指导教师签字年月日

目录一设计方案的介绍 (4) 二、工艺流程 (5) 三、前馈反馈控制的理论 (5) 四、设仪器仪表的选型 (5) 1、控制装置的选择 (5) 2、监测仪表 (6) 3、控制阀的选型 (6) 五、测量与控制端连接表 (7) 六、参数的整定 (7) 1、静态放大系数K F的整定 (7) 2、控制器参数的选择 (8) 七、总结 (9) 八、参考文献 (10)

九、附录一设计方案的介绍设计采用前馈反馈控制来实现水箱的液位控制。其中前馈控制可以补偿干扰对被控变量的扰动，前馈控制之后产生的余差则可以通过反馈控制进行修正，达到要求的控制精度。被控变量为水箱的液位，控制变量为水的流量。采用两个支路，其中第一个支路为主回路，包括一个水泵（采用变频器变频控制电机模拟流量扰动），涡轮流量计；第二个支路为控制补偿回路，包括一个水泵（输出流量恒定），电动控制阀。除此之外在反馈回路中还需要一个液位测量仪表和PID控制仪表一台。前馈控制在不考虑控制通道与对象通道延迟，而且支路一流量可以准确的测量，需要一个PID控制仪表。前馈控制信号和反馈控制信号通过一个加法器连接，实现对控制阀的控制。前馈反馈系统结构框图 1

前馈反馈控制系统原理图 2 二工艺流程水箱液位的控制主要是控制水箱中的液位在要求的精度范围内。一号水泵作为动力源给水的输送提供动力，进入水箱。并用变频器控制一号水泵用来模拟流量上产生的扰动。二号水泵为补偿回路提供动力，为水箱提供水补偿。当扰动产生后，通过前馈控制调节阀对扰动产生补偿。补偿后产生的余差再通过反馈控制控制调节阀进行调节。三前馈反馈控制的原理前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现并能被测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者在被调量发生偏差之前抵消。因此，前馈调节对干扰的客服比反馈调节及时。但是前馈控制是开环控制，其控制效果需要通过反馈加以检验。前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。如果前馈支路出现扰动，经过流量计测量之后，测量得到干扰的大小，然后在反馈支路通过调整调节阀开度，直接进行补偿。而不需要经过调节器。四仪器仪表的选型 1、控制装置的选择由于不是大型生产过程，对自动化水平要求不高，所以选择采用常规仪表控制。考虑到价格、实用性等因素，选择数字化、智能化的国产电动控制仪表。如果考虑控制仪

前馈、反馈、三冲量控制介绍

一．前馈控制原理前面讨论的所有控制系统，都属于反馈控制系统，无论其系统结构如何，它们的调节回路的基本工作原理都是一样的。下面要介绍的前馈控制系统则有着截然不同的控制思想。前馈控制思想及应用由来已久，但主要是由于技术条件的限制，发展较慢。随着计算机和现代检测技术的飞速发展，前馈控制正受到更多的重视和应用。在反馈控制系统中，都是把被控变量测量出来，并与给定值相比较；而在前馈控制系统中，不测量被控变量，而是测量干扰变量，也不与被控变量的给定值进行比较。这是前馈与反馈的主要区别。为了系统地说明前馈控制思想，同时也为了在比较中进一步加深对反馈控制思想的理解，画出图8-31进行比较分析。（a）反馈控制（b）前馈控制图8－31 两种加热炉温度控制系统图8-31中的（a）是反馈控制，（b）是前馈控制。在前馈控制中，测量需要被加热的原油的流量，流量偏大就增加燃料量，原油流量偏小就减少燃料量，以达到稳定原油出口温度的目的。从动态过程分析，当原油流量增大时，一段时间后，出口温度会下降。但前馈测量出原油流量的增加量，迅速增加燃料量。如果燃料增加的量和时机都很好，有可能在炉膛中将干扰克服，几乎不影响原油出口温度。如果该加热炉只存在原油流量这一个干扰，那么理论上讲，前馈控制可以把原油出口温度控制得很精确，甚至被控变量一点也不波动。这就是前馈控制思想，也是前馈控制的生命力所在。二．前馈控制与反馈控制的比较通常认为，前馈控制有如下几个特点：（l）是“开环”控制系统；（2）对所测干扰反应快，控制及时；（3）采用专用调节器；（4）只能克服系统中所能测量的干扰。下面从几个方面比较前馈控制与反馈控制。画出图8-31两个控制系统的方块图如图8-32所示。

双容水箱液位串级控制系统DCS实训报告毕业论文

DCS实训报告双容水箱液位串级控制系统

一、实训目的（1）、熟悉集散控制系统（DCS）的组成。（2）、掌握MACS组态软件的使用方法。（3）、培养灵活组态的能力。（4）、掌握系统组态与装置调试的技能。二、实训内容及要求以THSA-1型生产过程自动化技术综合实训装置为工业对象。完成中水箱和下水箱串级液位控制系统的组态。要求：设计液位串级控制系统，并用MACS组态软件完成组态。包括：（1）、数据库组态。（2）、设备组态。（3）、算法组态。（4）、画面组态。（5）、在实验装置上进行系统调试。三、工程分析 THSA-1型生产过程自动化技术综合实训装置中水箱和下水箱串级液位控制系统需要2个输入测量信号，1个输出控制信号。因此,该系统包括：（1）、该系统有2个AI点LT1、LT2，1个AO点LV1。（2）、该系统需要1个模拟量输入模块FM148用于采集中水箱液位信号LT1和下水箱液位信号LT2;1个模拟量输出模块

FM151用于控制电动控制阀的开度LV1。并且FM148的设备号为2号，FM151的设备号为3号。（3）、LT1按2号设备的第1通道，LT2按2号设备的第2通道。LV1按3号设备的第1通道。（4）、系统配备1个现场控制站10站，1台服务器兼操作员站。四、实训步骤 1、工程的建立（1）、打开：开始macsv组态软件数据库总控。（2）、选择工程/新建工程，新建工程并输入工程名；Demo。（3）、点击“确定”按钮，然后在空白处选择“demo”工程。工程信息如下图所示：（4）、选择“编辑>域组号组态”，选择组号为1，将刚创建的工程“demo”从“未分组的域”移到右边“改组所包含的域”里，点击“确认”按钮。然后，在数据库总控组态软件窗口会出现当前工程名、当前域号、该域分组号、系统总点数。（5）、数据库组态。

单容下水箱液位变频器PID单回路控制

电气与电子信息工程学院自动化技术综合实训设计题目：单容下水箱液位变频器PID单回路控制专业班级： 2009级自动化学号： 200940230131 姓名：甘治鹏指导教师：汤立刚皮大能设计时间：2012/4/28～2012/5/11 设计地点：自动化综合实验室

自动化技术综合实训任务书 2011 ～2012 学年第2学期学生姓名：甘治鹏专业班级：自动化2009 同组人: 王聪唐奇敏陈飞霞王勇军尹梦婷张艳明孔帆指导教师：汤立刚皮大能工作部门：电气学院电气自动化教研室一、自动化技术综合实训题目：自动化技术综合实训 1、单容下水箱液位变频器PID单回路控制 2、双容下水箱液位变频器PID单回路控制 3、流量变频器PID单回路控制 4、液位和进口流量串级控制 5、流量-液位前馈反馈控制二、自动化技术综合实训内容 1.通过查阅资料掌握所选课题的原理、结构、并根据任务书用CAD设计1套过程控制系统图纸,包括:自控设备清单、控制流程图、控制原理图、PLC系统硬件配置图、I/O地址分配表、I/O接线图等。 2.自学西门子S7-300系统的硬件知识和STEP7软件的编程组态方法,并根据设计图完成机架配置、硬件组态、从站挂接和I/O口地址分配、用户程序编写等工作。 3.自学和利时MACS V系统的硬件知识和软件的编程组态方法,并根据设计图完成机架配置、硬件组态、从站挂接和I/O口地址分配、用户程序编写等工作。 4.自学WINCC６.０或组态王组态软件并设计监控界面,包括定义数据词典、通讯设置、生产流程控制画面、参数显示、PID手动/自动调节界面、趋势曲线等的设计。 5.掌握在A3000高级过程控制装置上调试用户程序和参数整定的方法。 6.掌握西门子MM420变频器的使用方法。 7.掌握Profibus-DP现场总线的配置方法。 8.掌握判断故障及处理故障的方法。 9.每个学生必须独立完成设计,写出综合自动化技术综合实训报告并参加答辩。通过答辩考察学生对整个项目设计和实施过程的掌握程度,并根据其在整个设计阶段的理论知识应用能力、设计能力、实践操作能力、编程调试、故障分析及解决能力给出一个综合评价。

水箱水位控制系统

2.水箱水位控制系统系统有3个贮水箱，每个水箱有2个液位传感器，UH1，UH2，UH3为高液位传感器，“1”有效；UL1，UL2，UL3为低液位传感器，“0”有效。Y1、Y3、Y5分别为3个贮水水箱进水电磁阀；Y2、Y4、Y6分别为3个贮水水箱放水电磁阀。SB1、SB3、SB5分别为3个贮水水箱放水电磁阀手动开启按钮；SB2、SB4、SB6分别为3个贮水箱放水电磁阀手动关闭按钮。（二）控制要求 1.上电运行时系统处于停止状态。 2.SB1、SB3、SB5在PLC外部操作设定，通过人为的方式，按随机的顺序将水箱放空。 3.只要检测到水箱“空”的信号，系统就自动地向水箱注水，直到检测到水箱“满”信号为止。水箱注水的顺序要与水箱放空的顺序相同，每次只能对一个水箱进行注水操作。 4.为减少外部控制器件，现将每个水箱的放水控制按钮改为一个（即只有SB1、SB3、SB5），分别控制每个水箱的放水开启和关闭。也即，按一下SB1，水箱1放水，再按一下SB1，水箱1停止放水；按一下SB2，水箱2放水，再按一下SB2，水箱2停止放水；按一下SB3，水箱3放水，再按一下SB3，水箱3停止放水。系统其它控制要求保持不变。（三）I/O配置表

（四）PLC控制系统原理图（硬件电路图）（五）调试指南 1.上电时候系统处于停止状态，所有灯不亮。 2.按动SB1、SB3、SB5按钮，可随机将三个水箱放空，对应Y2、Y4、Y6的亮。 3.只要检测到水箱“空”（即低液位传感器UL1-UL3亮），系统能自动地向水箱注水，对应Y1、Y3、Y5亮，直到检测到水箱“满”信号为止（即高液位传感器UH1-UH3亮）。 4.4.水箱注水的顺序与水箱放空的顺序相同，每次只对一个水箱进行注水操作（Y1、Y3、Y5互锁）。 5.5.按一下SB1，水箱1放水（Y2亮），再按一下SB1，水箱1停止放水（Y2灭）； 6.6.按一下SB2，水箱2放水（Y4亮），再按一下SB2，水箱2停止放水（Y4灭）； 7.7.按一下SB3，水箱3放水（Y6亮），再按一下SB3，水箱3停止放水（Y6灭）。 8.8.先放空的水箱先进水，已通过梯形图实现。（参见梯形图步骤8）

前馈控制系统的基本原理

前馈控制系统前馈控制系统的基本原理前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使受控变量维持在设定值上。图2.4-1物料出口温度θ需要维持恒定，选用反馈控制系统。若考虑干扰仅是物料流量Q ，则可组成图 2.4-2前馈控制方案。方案中选择加热蒸汽量s G 为操纵变量。图2.4-1 反馈控制图2.4-2 前馈控制前馈控制的方块图，如图 2.4- 3。系统的传递函数可表示为： )()()()()(1S G S G S G S Q S Q PC ff PD += （2.4-1）式中)(s G PD 、)(s G PC 分别表示对象干扰道和控制通道的传递函数；)(s G ff 为前馈控图2.4-3 前馈控制方块图

制器的传递函数。系统对扰动Q实现全补偿的条件是： ) (≠ s Q时，要求0 ) (= s θ（2.4-2）将（1-2）式代入（1-1）式，可得 ) (s G ff = ) ( ) ( S G S G PC PD -（2.4-3）满足（1-3）式的前馈补偿装置使受控变量 θ不受扰动量Q变化的影响。图2-4-4表示了这种全补偿过程。在Q阶跃干扰下，调节作用 c θ和干扰作用dθ的响应曲线方向相反，幅值相同。因此它们的合成结果，可使θ达到图2.4-4 前馈控制全补偿示意图理想的控制连续地维持在恒定的设定值上。显然，这种理想的控制性能，反馈控制系统是做不到的。这是因为反馈控制是按被控变量的偏差动作的。在干扰作用下，受控变量总要经历一个偏离设定值的过渡过程。前馈控制的另一突出优点是，本身不形成闭合反馈回路，不存在闭环稳定性问题，因而也就不存在控制精度与稳定性矛盾。 1．前馈控制与反馈控制的比较

双容水箱液位串级控制系统设计(精)教学总结

双容水箱液位流量串级控制系统设计 ◆设计题目双容水箱液位流量串级控制系统设计 ◆设计任务如图1所示的两个大容量水箱。要求水箱2水位稳定在一定高度，水流量经常波动，作为扰动量存在。试针对该双容水箱系统设计一个液位流量串级控制方案。水箱1 水箱2 图1 系统示意图◆设计要求 1）已知主被控对象（水箱2水位）传递函数W1=1/(100s+1, 副被控对象（流量）传递函数W2=1/(10s+1。 2）假设液位传感器传递函数为Gm1=1/(0.1s+1，针对该水箱工作过程设计单回路PID 调节器，要求画出控制系统方框图及实施方案图，并给出PID 参数整定的方法与结果； 3）假设流量传感器传递函数为Gm2=1/(0.1s+1，针对该水箱工作过程设计液位/流量串级控制系统，要求画出控制系统方框图及实施方案图，并给出主、副控制器的结构、参数整定方法及结果； 4）在进口水管流量出现阶跃扰动的情况下，分别对单回路PID 控制与串级控制进行仿真试验结果比较，并说明原因。 ◆设计任务分析

一、系统建模系统建模基本方法有机理法建模和测试法建模两种建模方法。机理法建模就是根据生产过程中实际发生的变化机理，写出各种有关的平衡方程，从中获得所需的数学模型测试法一般只用于建立输入—输出模型。它是根据工业过程的输入和输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。它的特点是把研究的工业过程视为一个黑匣子，完全从外特性上测试和描述它的动态性质。对于本设计而言，由于双容水箱的各个环节的数学模型已知，故采用机理法建模。在该液位控制系统中，建模参数如下：控制量：水流量Q ；被控量：水箱2液位；主被控对象（水箱2水位）传递函数W1=1/(100s+1, 副被控对象（流量）传递函数W2=1/(10s+1。控制对象特性： Gm1（S ）=1/（0.1S+1）（水箱1传递函数）； Gm2（S ）=1/（0.1S+1）（水箱2传递函数）。控制器：PID ；执行器：流量控制阀门；

水箱液位控制课程设计-自动化

课程设计报告设计题目：水箱液位控制系统班级：自动化0901班学号：20092400 姓名：刘弟文指导教师：王姝梁岩设计时间：2012年5月7日至5月25日

摘要水箱液位控制系统是典型的自动控制系统，在工业应用上可以模拟水塔液位、炉内成分等多种控制对象的自动控制系统。本次课程设计通过将电磁流量计和涡轮流量计分别作为主管道和副管道控制系统的调节阀控制水箱液位高度。首先通过测取被控液位高度过程的图像，建立了主回路的进水流量和主管道流量、进水流量和水箱（上）液位高度、副回路进水流量和水箱（上）液位、双容水箱的进水流量和水箱（下）液位之间的数学模型，从而加强了对液位控制系统的了解。然后，通过参数试凑法对PID参数的调试，实现了单容水箱液位（上）的单回路控制系统和双容水箱液位的单回路控制系统控制器的设计。最后通过MATLAB仿真实验，加深了对双容水箱滞后过程已经串级水箱液位过程和前馈控制系统的理解，对工业控制工程中对控制系统设计过程有了一定的认识。关键词：水箱液位控制器PID参数整定串级控制前馈控制

目录 1 引言 (3) 2 课程设计任务及要求 (3) 2.1 实验系统熟悉及过程建模 (3) 2.2 实现单容水箱（上）液位的单回路控制系统设计 (3) 2.3 实现双容水箱液位（上下水箱串联）的单回路控制系统设计 (4) 2.4 实现水箱（上）液位与进水流量的串级控制系统设计 (4) 2.5 实现副回路进水流量的前馈控制 (5) 3 实验系统熟悉及过程建模 (5) 3.1 系统结构 (5) 3.2 过程建模 (6) 3.2.1 进水流量和主管道流量模型 (6) 3.2.2 进水流量和上水箱液位模型 (8) 3.2.3 副回路流量与上水箱液位数学模型 (9) 3.2.4 双容水箱串联进水流量与下水箱液位模型 (11) 4 单容水箱液位的单回路控制系统设计 (12) 4.1 结构原理 (12) 4.2 单容水箱控制器PID参数整定 (13) 4.2.1 单容水箱比例系数Kp的整定 (14) 4.2.2 单容水箱积分时间参数整定 (14) 4.2.3 单容水箱微分时间参数整定 (14) 4.3 单容水箱旁路阶跃干扰响应曲线 (15) 4.4 单容水箱副回路进水阶跃干扰响应曲线 (16) 4.5 干扰频繁剧烈变化的解决办法 (16) 5 双容水箱液位的单回路控制系统设计 (17) 5.1 双容水箱单回路控制系统原理 (17) 5.2 双容水箱控制器PID参数整定仿真实验 (18) 5.2.1 比例参数的整定 (18) 5.2.2 积分常数参数的整定 (19)

基于PLC水箱液位控制系统

摘要本次毕业设计的课题是基于PLC的液位控制系统的设计。在设计中，笔者主要负责的是数学模型的建立和控制算法的设计，因此在论文中设计用到的PID算法提到得较多，PLC方面的知识较少。本文的主要内容包括：PLC的产生和定义、过程控制的发展、水箱的特性确定与实验曲线分析， FX2系列可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应用PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和讲解PLC的过程控制指令PID指令来控制水箱水位。关键词：FX2系列PLC，控制对象特性，PID控制算法，扩充临界比例法，PID指令，实验。 The liquid level control system based on PLC ABSTRACT The subject of graduation design is based on PLC, liquid level control system design. In the design, the author is mainly responsible for the mathematical model and control algorithm design, so the design used in the paper referred to was more PID algorithm, PLC in less knowledge. Main contents of this article: PLC creation and definition, process control, development, and water tanks and experiment to determine the characteristics curve analysis, FX2 series PLC hardware control, PID tuning parameters and various parameters of the control performance comparison, the application PID control algorithm obtained experimental curve analysis, the entire system, introduce and explain the various parts of the PLC process control commands to control the tank level PID instruction. Keywords：FX2 series PLC, the control object characteristics, PID control algorithm, to expand the critical proportion method, PID instruction, experimental.

基于组态王6.5的串级PID液位控制系统设计(双容水箱)

本科毕业论文(设计) 题目：基于组态王6.5的串级PID液位控制系统设计学院：自动化工程学院专业：自动化姓名： ### 指导教师： ### 2011年 6 月 5 日

Cascade level PID control system based on Kingview 6.5

摘要开发经济实用的教学实验装置、开拓理论联系实际的实验容，对提高课程教学实验水平，具有重要的实际意义。就高校学生的实验课程来讲，由于双容水箱液位控制系统本身具有的复杂性和对实时性的高要求，使得在该系统上实现基于不同控制策略的实验容，需要全面掌握自动控制理论及相关知识。本文通过对当前国外液位控制系统现状的研究，选取了PID控制、串级PID控制等策略对实验系统进行实时控制；通过对实验系统结构的研究，建立了单容水箱和双容水箱实验系统的数学模型，并对系统的参数进行了辨识；利用工业控制软件组态王6.5，并可通用于ADAM模块及板卡等的实现方案，通过多种控制模块在该实验装置上实验实现，验证了实验系统具有良好的扩展性和开放性。关键词：双容水箱液位控制系统串级PID控制算法组态王6.5 智能调节仪 Abstract It is significant to develop applied experiment device and experiment content which combines theory and practice to improve experimental level of teaching. Based on the current situation of domestic and international level control system, selected the PID control, cascade PID control strategies such as

流量—锅炉液位前馈控制系统

课程设计任务书（指导教师填写）课程设计名称过程控制系统学生姓名*** 专业班级自动142班设计题目流量—锅炉液位前馈控制系统一、课程设计目的本课程的课程设计是自动化专业学生学习完《过程控制系统》课程后，进行的一次全面的综合训练，其目的在于加深对过程控制系统理论和基本知识的理解，在熟悉工艺流程的基础上，掌握运用工程整定方法设计过程控制系统，以及系统的调试和投运的基本方法。二、设计内容、技术条件和要求（一）技术要求按课程设计任务书提供的课题，应根据给出的设计任务，按“可选”的被控对象设计相应的控制系统。组成4人的设计小组，分模块进行,共同协作完成一个实际系统的设计、调试任务。要求20%流量扰动作用下的液位变化不超过15%，恢复时间小于2分钟，稳态误差小于3% （二）设计内容 1、熟悉工艺流程及实验环境，根据对水位控制或工业锅炉生产过程控制的要求，设计相应的控制系统方案； 2、完成主要测控仪表的选型； 3、绘制系统结构框图、系统工艺流程图、系统硬件连线图，并在实验中修正完善； 4、按要求进行系统调试，分析P、I、D参数对控制质量的影响，分析前馈控制系统对扰动的调节作用及补偿能力； 5、撰写详细的设计说明书。（三）设计说明书要求设计说明书应包含以下内容 1.设计目的； 2.设计要求；

3.系统方案设计（包括：被控变量的选择、控制变量的选择，控制器类型的选择、控制器正反控制方式的选择、调节阀的选择、各测量传感器的选择）； 4.系统结构框图、系统工艺流程图、系统硬件连线图； 5.调试过程分析，调试结果、调试中出现的问题及解决方法； 6.设计心得体会； 7.参考文献。二、时间进度安排按教学计划规定，过程控制系统课程设计总学时为两周，其进度及时间大致分配如下： 1 2017.6.26—6.26 查阅资料、完成各部分硬件设计； 2 2017.6.27—6.28 在模拟实验平台上进行系统调试，分析实验结果； 3 2017.6.29—6.30 总结设计过程、编写课程设计说明书。三、主要参考文献 1、《过程控制及仪表》，邵裕森主编，电子工业出版社 2、《过程控制系统》，涂植英主编，机械工业出版社 3、《过程控制》，金以慧主编，清华大学出版社指导教师签字：年月日

双容水箱液位流量串级控制系统设计

题目：双容水箱液位流量串级控制系统设计1.设计任务如图1所示的两个大容量水箱。要求水箱2水位稳定在一定高度，水流量经常波动，作为扰动量存在。试针对该双容水箱系统设计一个液位流量串级控制方案。水箱2 图1 系统示意图 2.设计要求 1）已知主被控对象（水箱2水位）传递函数W1=1/(100s+1), 副被控对象（流量）传递函数W2=1/(10s+1)。 2）假设液位传感器传递函数为Gm1=1/(0.1s+1)，针对该水箱工作过程设计单回路PID调节器，要求画出控制系统方框图及实施方案图，并给出PID参数整定的方法与结果； 3）假设流量传感器传递函数为Gm2=1/(0.1s+1)，针对该水箱工作过程设计液位/流量串级控制系统，要求画出控制系统方框图及实施方案图，并给出主、副控制器的结构、参数整定方法及结果； 4）在进口水管流量出现阶跃扰动的情况下，分别对单回路PID控制与串级控制进行仿真试验结果比较，并说明原因。 3. 设计任务分析（1）液位控制系统是以改变进水大小作为控制手段，目的是控制下水箱液位处于一个稳定值。（2）单回路控制系统：对于此系统，若采用单回路控制系统控制液位，以液位主控制信号反馈到控制器PID，直接去控制进水阀门开度，在无扰动情况下可以采用，但对于有扰动情况，由于控制过程的延迟，会导致控制不及时，造成超调量变大，稳定性下降，控制系统很难获得满意效果

（3）串级控制系统采用两套回路，其中内回路起粗调作用，外回路用来完成细调作用。对液位控制系统，内回路以流量作为前导信号控制进水阀开度，在有扰动情况下可以提早反应消除扰动引起的波动，从而使主控对象不受干扰，另外内回路的给定值受外回路控制器的影响，根据改变更改给定值，从而保证负荷扰动时，仍能使系统满足要求 1 ()T s G 2()T s G --主副控制器的传递函数 ()u s G --控制阀的传递函数 ()z s G --执行器的传递函数 1 2()()m m s s G G --主副变送器传递函数 01 ()s G 02()s G --主副对象的传递函数 4．单回路PID 控制的设计（1）无干扰下的单回路PID 仿真方框图

过程控制系统综合设计报告

过程控制系统综合设计报告班级：姓名：学号：学期：

一、实验目的与要求 1．掌握DDC控制特点； 2．熟悉CS4100实验装置，掌握液位控制系统和温度控制系统构成； 3．熟悉智能仪表参数调整方法及各参数含义； 4．掌握由CS4100实验装置设计流量比值控制、液位串接控制、液位前馈反馈控制及四水箱解耦控制等设计方法； 5．掌握实验测定法建模，并以纯滞后水箱温度控制系统作为工程案例，掌握纯滞后水箱温度控制系统的建模，并用DDC控制方案完成控制算法的设计及系统调试。以水箱流量比值控制、水箱液位串接控制、水箱液位前馈反馈控制及四水箱解耦控制为被被控对象，完成系统管路设计、电气线路设计、控制方案确定、系统调试、调试结果分析等过程的训练。以纯滞后水箱作为被控对象，以第二个水箱长滞后温度作为被控量，完成从实验测定法模型建立、管路设计、线路设计、控制方案确定、系统调试、结果分析等过程的训练。具体要求为： 1）检索资料，熟悉传感器、执行器机械结构及工作原理。 2）熟悉CS4100过控实验装置的机械结构，进行管路设计及硬件接线； 3）掌握纯滞后水箱温度控制系统数学模型的建立方法，并建立数学模型； 4）掌握智能仪表参数调节方法； 5）进行控制方案设计，结合具体数学模型，计算系统所能达到性能指标，并通过仿真掌握控制参数的整定方法； 6）掌握系统联调的步骤方法，调试参数的记录方法，动态曲线的测定记录方法。记录实验数据，采用数值处理方法和相关软件对实验数据进行处理并加以分析，记录实验曲线，与理论分析结果对比，得出有意义的结论。 7）撰写实验设计报告、实验报告，具体要求见：（五）实践报告的内容与要求。二、实验仪器设备与器件 1.CS4100过程控制实验装置 2.PC机（组态软件） 3.P909智能仪表若干

双容水箱液位控制系统

内蒙古科技大学控制系统仿真课程设计说明书题目：双容水箱液位控制系统仿真学生姓名：任志江学号：1067112104 专业：测控技术与仪器班级：测控 10-1班指导教师：梁丽

摘要随着工业生产的飞速发展，人们对生产过程的自动化控制水平、工业产品和服务产品质量的要求也越来高。每一个先进、实用控制算法和监测算法的出现都对工业生产具有积极有效的推动作用。然而，当前的学术研究成果与实际生产应用技术水平并不是同步的，通常情况下实际生产中大规模应用的算法要比理论方面的研究滞后几年，甚至有的时候这种滞后相差几十年。这是目前控制领域所面临的最大问题，究其根源主要在于理论研究尚缺乏实际背景的支持，一旦应用于现场就会遇到各种各样的实际问题，制约了其应用。本设计设计的课题是双容水箱的PID液位控制系统的仿真。在设计中，主要针对双容水箱进行了研究和仿真。本文的主要内容包括：对水箱的特性确定与实验曲线分析，通过实验法建立了液位控制系统的水箱数学模型，设计出了控制系统，针对所选液位控制系统选择合适的PID算法。用MATLAB/Simulink建立液位控制系统，调节器采用PID控制系统。通过仿真参数整定及各个参数的控制性能，对所得到的仿真曲线进行分析，总结了参数变化对系统性能的影响。关键词：MATLAB；PID控制；液位系统仿真

目录第一章控制系统仿真概述 (2) 1.1 控制系统计算机仿真 (2) 1.2 控制系统的MATLAB计算与仿真 (2) 第二章 PID控制简介及其整定方法 (6) 2.1 PID控制简介 (6) 2.1.1 PID控制原理 (6) 2.1.2 PID控制算法 (7) 2.2 PID 调节的各个环节及其调节过程 (8) 2.2.1 比例控制与其调节过程 (8) 2.2.2 比例积分调节 (9) 2.2.3 比例积分微分调节 (10) 2.3 PID控制的特点 (10) 2.4 PID参数整定方法 (11) 第三章双容水箱液位控制系统设计 (12) 3.1双容水箱结构 (12) 3.2系统分析 (12) 3.3双容水箱液位控制系统设计 (15) 3.3.1双容水箱液位控制系统的simulink仿真图 (15) 3.3.2双容水箱液位控制系统的simulink仿真波形 (16) 第四章课程设计总结 (17)

前馈反馈控制系统指导书

四、实验内容与步骤本实验选择中水箱和下水箱串联作为被控对象，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F2-1、F2-5全开，将阀门F1-10、F1-11开至适当开度(阀F1-10>F1-11)，其余阀门都关闭。具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述，这五种方案的实验与用户所购的硬件设备有关，可根据实验需要选做或全做。（一）、智能仪表控制 1．将SA-11挂件、SA-12挂件、SA-14挂件挂到屏上，并将SA-12挂件的通讯线接头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口2，并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。将“FT2变频器支路流量”、“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。SA-14上比值器的调节旋钮放在最小的位置。图7-4 仪表控制下水箱液位前馈-反馈控制实验接线图 2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器及涡轮流量计上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、单相Ⅲ空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。 3．打开上位机MCGS组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进

入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验二十一、下水箱液位前馈反馈控制系统”，进入实验二十一的监控界面。 4．设定工作点（u0，h0）。在上位机监控界面中将智能仪表设置为“手动”输出，并将输出值设置为一个中间合适的值（例u0=50%），此操作也可通过调节仪表实现。 5．合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，通过调节F1-10、F1-11的开度，使下水箱的液位平衡于一个中间合适的值（例h0=8）。 6．设置智能仪表的输出值为100%，观察下水箱液位的稳态值hmax，则在以下实验中，设定值不能超过hmax。若hmax>18，则重新设定u0=50%，转5重新调整。 7、在工作点（u0，h0）处，用开环整定法整定静态前馈放大系数K F。即令U0保持不变，开启变频器，以较小频率给中水箱(或下水箱)打水加干扰（要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定），由小到大调节SA-14上比值器的旋钮，观察前馈补偿的作用，直到液位基本回复到h0。静态放大系数的设置方法可用万用表量得比值器输入输出电压之比即可。 8．关闭变频器，SA-14上的调节旋钮保持不变。 9、将调节器切换到“自动”状态，按单回路的整定方法整定调节器参数，并按整定得到的参数进行调节器设定。 10．待液位平衡后（u1，h1），打开阀门F2-4或F2-5，合上单相Ⅱ电源空气开关启动变频器支路以较小频率给中水箱(或下水箱)打水加干扰（要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定），记录下水箱液位的响应过程曲线。 11．关闭变频器，用单回路控制使回复到工作点（u1,h1）。 12、将“FT2变频器支路流量”钮子开关拨到“OFF”的位置，即去掉前馈补偿，构成双容水箱液位定值控制系统。重复步骤10，用计算机记录系统的响应曲线，比较该曲线与加前馈补偿的实验曲线有什么不同。请及时拍照记录曲线！下水箱压力传感器有问题，可改用上水箱和中水箱，阀的开闭以及被控变量应做相应改变。请思考：用上水箱和中水箱串联作为被控对象与用中水箱和下水箱串联作为被控对象，哪个更容易控制，为什么？用阀门F2-4和F2-5加入扰动有何区别？

自动控制课程设计--双容水箱液位串级控制

自动控制课程设计课程名称：双容水箱液位串级控制学院：机电与汽车工程学院专业：电气工程与自动化学号： 631224060430 姓名：颜馨指导老师：李斌、张霞 2014/12/30

0摘要 (2) 1引言 (2) 2对象分析和液位控制系统的建立 (2) 2.1水箱模型分析 (2) 2.2阶跃响应曲线法建立模型 (3) 2.3控制系统选择 (3) 2.3.1控制系统性能指标【2】 (3) 2.3.2方案设计 (4) 2.4串级控制系统设计 (4) 2.4.1被控参数的选择 (4) 2.4.2控制参数的选择 (5) 2.4.3主副回路设计 (5) 2.4.4控制器的选择 (5) 3 PID控制算法 (6) 3.1 PID算法 (6) 3.2 PID控制器各校正环节的作用 (6) 4 系统仿真 (7) 4.1.1系统结构图及阶跃响应曲线 (7) 4.2.1 PID初步调整 (10) 4.2.2 PID不同参数响应曲线 (12) 4.3.1 系统阶跃响应输出曲线 (17) 5加有干扰信号的系统参数调整 (20) 6心得体会 (22) 7参考文献 (22)

液位控制是工业生产乃至日常生活中常见的控制，比如锅炉液位，水箱液位等。针对水箱液位控制系统，建立水箱模型并设计PID控制规律，利用Matlab 仿真，整定PID参数，得出仿真曲线，得到整定参数，控制效果很好，实现了水箱液位的控制。关键词：串级液位控制；PID算法；Matlab；Simulink 1引言面液位控制可用于生产生活的各方面。如锅炉液位的控制，如果液位过低，可能造成干烧，容易发生事故；炼油过程中精馏塔液位的控制，关系到产品的质量，是保障生产效果和安全的重要问题。因而，液位的控制具有重要的现实意义和广泛的应用前景。本文针对双容水箱，以下水箱液位为主控制对象，上水箱为副控制对象。选择进水阀门为执行机构，基于Matlab建模仿真，采用PID控制算法，整定PID参数，得出合理控制参数。 2对象分析和液位控制系统的建立 2.1水箱模型分析现以下水箱液位为主调节参数，上水箱液位为副调节参数，构成传统液位串级控制系统，其结构原理图如图1所示。图1 双容水箱液位控制示意图

单容水箱液位控制系统的设计

单容水箱液位控制系统辨识一、单容水箱液位控制系统原理单容水箱液位控制系统是一个单回路反馈控制系统，它的控制任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度；并减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。单回路控制系统由于结构简单、投资省、操作方便、且能满足一般生产过程的要求，故它在过程控制中得到广泛地应用。图1-1为单容水箱液位控制系统方块图。当一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数的选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会导致控制质量变坏，甚至会使系统不能正常工作。因此，当一个单回路系统组成以后，如何整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。图1-2是单容液位控制系统结构图。图1-1 单容水箱液位控制系统的方块图系统由原来的手动操作切换到自动操作时，必须为无扰动，这就要求调节器的输出量能及时地跟踪手动的输出值，并且在切换时应使测量值与给定

值无偏差存在。图1-2 是单容水箱液位控制系统结构图。一般言之，具有比例（P ）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI ）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti 选择合理，也能使系统具有良好的动态性能。图1-2 单容液位控制系统结构图比例积分微分（PID ）调节器是在PI 调节器的基础上再引入微分D 的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。在单位阶跃作用下，P 、PI 、PID 调节系统的阶跃响应分别如图1-3中的曲线①、②、③所示。图1-3 P 、PI 和PID 调节的阶跃响应曲线二、单容水箱液位控制系统建模 .

双容水箱液位串级控制系统课程设计

双容水箱液位串级控制系统课程设计 1. 设计题目双容水箱液位串级控制系统设计 2. 设计任务图1所示双容水箱液位系统，由水泵1、2分别通过支路1、2向上水箱注水，在支路一中设置调节阀，为保持下水箱液位恒定，支路二则通过变频器对下水箱液位施加干扰。试设计串级控制系统以维持下水箱液位的恒定。 1 图1 双容水箱液位控制系统示意图 3. 设计要求 1）已知上下水箱的传递函数分别为： 111()2()()51p H s G s U s s ?==?+，22221()()1()()()201 p H s H s G s Q s H s s ??===??+。要求画出双容水箱液位系统方框图，并分别对系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真（假设干扰为在系统单位阶跃给定下投运10s 后施加的均值为0、方差为0.01的白噪声）； 2）针对双容水箱液位系统设计单回路控制，要求画出控制系统方框图，并分别对控制系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真，其中PID 参数的整定要求写出整定的依据（选择何种整定方法，P 、I 、D 各参数整定的依据如何），对仿真结果进行评述； 3）针对该受扰的液位系统设计串级控制方案，要求画出控制系统方框图及实施方案图，对控制系统的动态过程进行仿真，并对仿真结果进行评述。 4.设计任务分析

系统建模基本方法有机理法建模和测试法建模两种，机理法建模主要用于生产过程的机理已经被人们充分掌握，并且可以比较确切的加以数学描述的情况；测试法建模是根据工业过程的实际情况对其输入输出进行某些数学处理得到，测试法建模一般较机理法建模简单，特别是在一些高阶的工业生产对象。对于本设计而言，由于双容水箱的数学模型已知，故采用机理建模法。在该液位控制系统中，建模参数如下：控制量：水流量Q ；被控量：下水箱液位；控制对象特性： 111() 2()()51 p H s G s U s s ?==?+（上水箱传递函数）； 22221()()1()()()201p H s H s G s Q s H s s ??= ==??+（下水箱传递函数）。控制器：PID ；执行器：控制阀；干扰信号：在系统单位阶跃给定下运行10s 后，施加均值为0、方差为0.01的白噪声为保持下水箱液位的稳定，设计中采用闭环系统，将下水箱液位信号经水位检测器送至控制器（PID ），控制器将实际水位与设定值相比较，产生输出信号作用于执行器（控制阀），从而改变流量调节水位。当对象是单水箱时，通过不断调整PID 参数，单闭环控制系统理论上可以达到比较好的效果，系统也将有较好的抗干扰能力。该设计对象属于双水箱系统，整个对象控制通道相对较长，如果采用单闭环控制系统，当上水箱有干扰时，此干扰经过控制通路传递到下水箱，会有很大的延迟，进而使控制器响应滞后，影响控制效果，在实际生产中，如果干扰频繁出现，无论如何调整PID 参数，都将无法得到满意的效果。考虑到串级控制可以使某些主要干扰提前被发现，及早控制，在内环引入负反馈，检测上水箱液位，将液位信号送至副控制器，然后直接作用于控制阀，以此得到较好的控制效果。设计中，首先进行单回路闭环系统的建模，系统框图如下：可发现，在无干扰情况下，整定主控制器的PID 参数，整定好参数后，分别改变P 、I 、D 参数，观察各参数的变化对系统性能的影响；然后加入干扰（白噪声），比较有无干扰两