基于PID算法的水箱液位控制系统设计开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1研究背景

过程控制在我国现代化建设中具有不可替代的地位。改革开发以来,随着科学技术的发展,过程控制产生巨大的变化。大致可分为局部自动化、综合自动化和全盘自动化等阶段。在过程工业中,被控量通常有以下四种:液位、压力、流量、温度,而液位不仅是工业过程中的常见参数,且便于直接观察,也容易测量,过程时间常数一般比较小,以液位过程构成实验系统,可灵活地进行过程组态,实施各种不同的控制方案。液位控制装置也是过程控制最常用的实验装置,国外很多实验室有此类装置,很多重要的研究报告、模拟仿真等均出自此类装置。双容水箱是较为典型的非线性、时延对象,工业上许多被控对象的整体或局部都可以抽象成双容水箱的数学模型,具有很强的代表性,有较强的工业背景,对双容水箱数学模型的建立是非常有意义的。同时,双容水箱的数学建模以及控制策略的研究对工业生产中液位控制系统的研究有指导意义,例如工业锅炉、结晶器液位控制。而且,双容水箱的控制可以作为研究更为复杂的非线性系统的基础,又具有较强的理论性,属于应用基础研究。同时,它具有较强的综合性,涉及控制原理、智能控制、流体力学等多个学科。

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2. 研究的基本内容与方案

2.研究(设计)的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1研究内容



图1 控制系统组成

本次设计是基于PID算法的水箱液位控制系统设计,是基于STC89C2单片机设计的,其主要构成有上水箱、下水箱、储水箱、调节阀、液位传感器、控制器。设计重点是上下水箱模型的建立,PLC编程特别是PID指令的使用与参数整定,计算机人机界面开发以及控制器及测控系统的仿真。

2.2研究目标

通过人机交互界面显示水箱液位,实现整个系统的仿真,出现扰动后可以及时作出控制,将液位控制在确定的范围内。上位机将采集到的数据进行实时显示、后续处理等,便于用户操作观察。

2.3研究拟采用的技术方案及措施

本次毕设首先通过液位传感器检测水位信号,然后经过放大、滤波、A/D转换电路,将杂乱的模拟电压信号转换成有序的数字信号。数字信号通过微处理器进行分析处理,同时,将信号传输到PID控制器,然后将液位维持在一定范围内。上位机将采集的数据进行实时显示、后续处理等。双容水箱液位串级控制系统如图2.


图2 双容水箱液位串级控制系统

3. 研究计划与安排

3.进度安排

第1-4周:查阅相关文献资料,明确研究内容,初步确定技术方案,并完成外文翻译和开题报告。

第5-8周:完善技术方案,确定硬件选型,设计系统各模块的硬件电路。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 刘金琨. 先进pid控制matlab仿真[m] 第3版.北京:电子工业出版社, 2011.

[2] 潘永湘,杨延西,赵跃.过程控制与自动化仪表[m]. 第2版.北京:机械工业出版社, 2012

[3] 金以慧,王诗宓,王桂增. 过程控制的发展与展望[j]. 控制理论与应用 1997, 2:145-151

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