液位控制開題報(bào)告【篇一：水箱液位控制開題報(bào)告】畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告設(shè)計(jì)題目：基于組態(tài)軟件的雙容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系名稱：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：機(jī)械13班學(xué)生姓名：xxxx導(dǎo)師姓名：xxxxx開題時(shí)間：2013年3月15日1課題研究目的和意義人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常涉及到液位和流量的控制問題，例如飲料、食品加工，居民生活用水的供應(yīng)，溶液過濾，污水處理，化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程，通常要使用蓄液池。蓄液池中的液位需要維持合適的高度，太滿容易溢出造成浪費(fèi)，過少則無法滿足需求。因此，需要設(shè)計(jì)合適的控制器自動(dòng)調(diào)整蓄液池的進(jìn)出流量，使得蓄液池內(nèi)液位保持正常水平，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效益。這些不同背景的實(shí)際問題都可以簡化為某種水箱的液位控制問題。因此液位是工業(yè)控制過程中一個(gè)重要的參數(shù)。特別是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對(duì)液位進(jìn)行檢測、控制，能收到很好的生產(chǎn)效果。通過進(jìn)行了多次的實(shí)驗(yàn)得出了一些相關(guān)的數(shù)據(jù)，水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用非常廣泛，可以把一個(gè)復(fù)雜的液位控制系統(tǒng)簡化成一個(gè)水箱液位控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。由于液位檢測應(yīng)用領(lǐng)域的不同，性能指標(biāo)和技術(shù)要求也有差異，但適用有效的測量成為共同的發(fā)展趨勢，隨著電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液位檢測的自動(dòng)控制成為其今后的發(fā)展趨勢，控制過程的自動(dòng)化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機(jī)界面，操作人員在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上能根據(jù)控制效果及時(shí)修正運(yùn)行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)性、安全性。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用的普及、可靠性的提高及價(jià)格的下降，液位檢測的微機(jī)控制必將得到更加廣泛的應(yīng)用。比例、積分、微分(proportionintegrationdifferentation,pid)控制是迄今為止最通用的控制方法,大多數(shù)反饋回路用該方法或其較小的變形來控制。由于過程控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性及變量間的關(guān)聯(lián)性和非線性等原因，找到一組適合整個(gè)系統(tǒng)大范圍控制的合適的pid參數(shù)相當(dāng)困難,對(duì)要求控制范圍寬、響應(yīng)快且連續(xù)可調(diào)系統(tǒng)pid就顯得力不從心。模糊控制與pid控制相結(jié)合則顯示了巨大的優(yōu)越性,不但具有pid控制精度高等優(yōu)點(diǎn),又兼有模糊控制靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)復(fù)雜控制系統(tǒng)和要求高精度的伺服系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的控制效果,是近年來控制領(lǐng)域十分活躍的一支分支。2文獻(xiàn)綜述2.1研究現(xiàn)狀水箱液位控制系統(tǒng)是整機(jī)設(shè)計(jì)的重要部分，一般應(yīng)用在船舶、發(fā)電站、污水凈化站、蓄水庫等需要監(jiān)控液位的地方，目前并沒有相關(guān)文獻(xiàn)規(guī)范液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，只是依靠以往的經(jīng)驗(yàn)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。船舶上用到的多輸入/輸出的液位控制系統(tǒng)是一個(gè)非線性系統(tǒng)，常存在容積延遲時(shí)間長、抗干擾能力差的現(xiàn)象。運(yùn)用滑?？刂扑惴ā⒉⒂媒M態(tài)王(kingview)編制了上位機(jī)控制界面和算法程序，組件接近于實(shí)際的控制系統(tǒng)。通過在線運(yùn)行，獲得滑模變結(jié)構(gòu)控制自適應(yīng)能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)、靜態(tài)品質(zhì)優(yōu)良，魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)，有效地解決了類似系統(tǒng)難于控制的問題。對(duì)液位控制系統(tǒng)，一般是在工作點(diǎn)附近線性化后再加以控制的。控制方法有pid控制、基于線性模型的模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等等。針對(duì)雙容水箱普遍存在容積延遲問題和傳統(tǒng)pid單回路控制難于達(dá)到控制要求的特點(diǎn)，提出了基于串級(jí)技術(shù)和plc控制器的雙容液位控制系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)雙容水箱的數(shù)學(xué)模型，采用微分現(xiàn)行的串級(jí)控制技術(shù)、plc控制器、mcgs軟件組態(tài)實(shí)現(xiàn)了雙容液位的高精度控制盒實(shí)時(shí)顯示。2.2課題介紹液位對(duì)象一般具有時(shí)變、非線性、大慣性的特點(diǎn)，其控制系統(tǒng)一般采用常規(guī)pid控制，但由于參數(shù)固定，pid控制難以保證系統(tǒng)適應(yīng)工作條件的變化。文獻(xiàn)［7］通過機(jī)理建模法建立了三容水箱的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了基于模糊控制原理的pid參數(shù)自整定控制器，仿真結(jié)果表明該方法能極大地改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。文獻(xiàn)［8］提出了一種改進(jìn)的三容水箱單神經(jīng)元自適應(yīng)pid控制方法。該方法具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，以及較強(qiáng)的魯棒性。仿真結(jié)果表明該方法對(duì)三容水箱這種復(fù)雜對(duì)象具有良好的控制效果。文獻(xiàn)［7-8］均采用了智能控制方法對(duì)液位進(jìn)行控制，但只停留在仿真階段，沒有用于實(shí)際控制系統(tǒng)。文獻(xiàn)［9-10］設(shè)計(jì)了模糊pid控制器并用于三容液位的實(shí)際控制中，改善了系統(tǒng)的性能。但文獻(xiàn)［9-10］分別采用mcgs組態(tài)軟件和vc++編程實(shí)現(xiàn)控制算法，其監(jiān)控界面須由用戶編寫。文獻(xiàn)［11］采用遺傳算法在線自整定pid參數(shù)用于液位控制系統(tǒng)中，取得了很好的控制效果，但

遺傳算法得到合適的整定參數(shù)所需時(shí)間較長。dspace實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了和matlab/simulink完全無縫連接，無需編程，通過rti(real-timeinter—face)可實(shí)現(xiàn)從simulink模型到dspace實(shí)時(shí)硬件代碼的自動(dòng)下載，并可對(duì)實(shí)驗(yàn)可視化管理。文獻(xiàn)［12］將dspace用于雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，利用dspace強(qiáng)大的軟硬件功能快速構(gòu)建了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制平臺(tái)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，該控制平臺(tái)具有構(gòu)建方便，控制算法易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。文獻(xiàn)［15］采用dspace的ds1104單板系統(tǒng)搭建了過程控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開發(fā)了模糊自適應(yīng)pid控制算法，并用于液位控制系統(tǒng)，取得了良好的控制效果。為此，采用功能比ds1104更為強(qiáng)大的dspace—ds1103單板系統(tǒng)搭建了水箱液位控制系統(tǒng)的通用平臺(tái)。在該平臺(tái)上，分別將常規(guī)pid和單神經(jīng)元自適應(yīng)pid控制算法成功用于雙容水箱液位控制系統(tǒng)中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該平臺(tái)的有效性，且采用單神經(jīng)元自適應(yīng)pid控制的水箱液位，較常規(guī)pid控制超調(diào)小，過渡過程時(shí)間大大縮短，響應(yīng)速度快，改善了系統(tǒng)的性能。3設(shè)計(jì)基本內(nèi)容、擬解決的主要問題組態(tài)軟件mcgs是一套32位工控組態(tài)軟件，可穩(wěn)定運(yùn)行于windows95/98/me/nt/2000等多種操作系統(tǒng)，集動(dòng)畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、雙機(jī)熱備、工程報(bào)表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強(qiáng)大功能于一身，并支持國內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與械、紡織、骯天。建筑、材料、制冷、交通、通訊、食品、制造與加工業(yè)、水處理、環(huán)保、智能樓宇、實(shí)驗(yàn)室等多種工程領(lǐng)域。輸出設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機(jī)輸出設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機(jī)圖1雙容水箱控制原理設(shè)計(jì)內(nèi)容是以控制系統(tǒng)的matlab仿真為前提［14-15］,研究模糊pid控制效果,并基于過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的雙水箱液位系統(tǒng),采用mcgs組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn),在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)上對(duì)模糊pid算法進(jìn)行應(yīng)用研究。在常規(guī)pid基礎(chǔ)上加上1個(gè)模糊調(diào)節(jié)環(huán)節(jié),將其與常規(guī)pid控制結(jié)合起來，構(gòu)成模糊pid控制,在線對(duì)pid3個(gè)參數(shù)進(jìn)行整定。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)上水箱進(jìn)水流量,采用雙閉環(huán)串級(jí)控制上、下水箱的液位,使下水箱液位保持恒定，液位變送器對(duì)上、下水箱液位進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。并使用串接控制可改善其調(diào)節(jié)過程動(dòng)態(tài)性能,并且其副回路可以較快地消除作用于內(nèi)回路的擾動(dòng)。本系統(tǒng)以下水箱液位為主調(diào)節(jié)參數(shù),上水箱液位為副調(diào)節(jié)參數(shù),構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)。當(dāng)壓力傳感器檢測的液位信號(hào)與給定液位值進(jìn)行比較后，則輸入模糊pid控制器,其輸出作為比例積分調(diào)節(jié)器的給定值,當(dāng)與上水箱液位傳感器檢測到的液位信號(hào)比較后,再送入比例積分調(diào)節(jié)器,其輸出則可控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度,調(diào)節(jié)進(jìn)水流量,實(shí)現(xiàn)水箱液位的控制。4技術(shù)路線或研究方法本次設(shè)計(jì)用總線控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)置來完成，現(xiàn)場總線過程控制對(duì)象系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置是由實(shí)驗(yàn)控制對(duì)象、實(shí)驗(yàn)控制臺(tái)、實(shí)驗(yàn)掛件、fcs控制柜及上位監(jiān)控pc機(jī)五部分組成。本設(shè)計(jì)主要有三大部分內(nèi)容:1模糊pid控制算法的實(shí)現(xiàn):其中模糊pid控制算法是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。模糊pid控制算法的編寫與模擬要用到matlab軟件，算法中需要的數(shù)據(jù)要在thpcat-2型現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)置上來測得。圖2模糊pid控制回路2組態(tài)界面的實(shí)現(xiàn)：本系統(tǒng)采用mcgs組態(tài)軟件［16］實(shí)現(xiàn)模糊pid控制器,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。mcgs組態(tài)軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，幫用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運(yùn)行，并進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。mcgs組態(tài)軟件所建立的下程山主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗c7，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同特性。3軟件界面模擬：pid控制要取得較好的控制效果，就必須通過調(diào)整好比例、積分和微分二種控制作用.形成控制量中既相互