第一篇：水槽液位控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報告

摘要

本文根據(jù)液位系統(tǒng)過程機(jī)理，建立了單容水箱的數(shù)學(xué)模型。在設(shè)計(jì)中用到的PID算法提到得較多，PLC方面的知識較少。并根據(jù)算法的比較選擇了增量式PID算法。建立了PID液位控制模擬界面和算法程序，進(jìn)行了系統(tǒng)仿真，并通過整定PID參數(shù)，同時得出了整定后的仿真曲線和實(shí)際曲線。主要內(nèi)容包括：PLC的產(chǎn)生和定義、過程控制的發(fā)展、水箱的特性確定與實(shí)驗(yàn)曲線分析，F(xiàn)X2系列可編程控制器的硬件掌握，PID參數(shù)的整定及各個參數(shù)的控制性能的比較，應(yīng)用PID控制算法所得到的實(shí)驗(yàn)曲線分析，整個系統(tǒng)各個部分的介紹和講解PLC的過程控制指令PID指令來控制水箱水位。PLC在工業(yè)自動化中應(yīng)用的十分廣泛。PID控制經(jīng)過很長時間的發(fā)展，已經(jīng)成為工業(yè)中重要的控制手段。本設(shè)計(jì)就是基于PLC的PID算法對液位進(jìn)行控制。PLC經(jīng)傳感電路進(jìn)行液位高度的采集，然后經(jīng)過自動調(diào)節(jié)方式來確定完P(guān)ID參數(shù)后，通過控制直流泵的工作時間來實(shí)現(xiàn)液位的控制。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是利用提供的被控對象單容水槽和相關(guān)儀器儀表，設(shè)計(jì)液位控制系統(tǒng)，利用組態(tài)王軟件編寫控制算法實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：組態(tài)王，液位控制，PID算法，過程控制

一、設(shè)計(jì)任務(wù)...............................................................................3

二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?..............................................................................3

三、實(shí)驗(yàn)方案...............................................................................3

四、實(shí)驗(yàn)過程...............................................................................4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)......................................................................................17 參考文獻(xiàn)......................................................................................18 附錄..............................................................................................19

一、設(shè)計(jì)任務(wù)：

（1）液位監(jiān)控：完成一個液位監(jiān)控系統(tǒng)，要有流程圖畫面，報警畫面，歷史曲線、實(shí)時曲線、報表等個畫面鍵可以靈活切換。

（2）通過組態(tài)軟件，結(jié)合實(shí)驗(yàn)已有設(shè)備，按照定值系統(tǒng)的控制要求，根據(jù)較快較穩(wěn)的性能要求，采用但閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)和PID控制規(guī)律，設(shè)計(jì)一個具有美觀組態(tài)畫面和較完善組態(tài)控制程序的液位單回路過程控制系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)要求

(1)根據(jù)液位單回路過程控制系統(tǒng)的具體對象和控制要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)控制方案，正確選用過程儀表。

(2)運(yùn)用組態(tài)軟件，正確設(shè)計(jì)液位但回路過程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。

二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

（1）能根據(jù)具體對象及控制要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)控制方案，正確選用過程儀表。（2）能夠根據(jù)過程控制系統(tǒng)A/D、D/A和開關(guān)I/O的需要，正確選用模塊。（3）能根據(jù)與計(jì)算機(jī)串行通訊的需要，正確選用RS485/RS232轉(zhuǎn)換與通訊模塊。（4）能運(yùn)用組態(tài)軟件，正確設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。（5）控制要求超調(diào)量小于等于4%，峰值時間不超過30s。調(diào)節(jié)時間越短越好。

三、實(shí)驗(yàn)方案：

整個過程控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)器、測量變送、被控對象組成。在本次控制系統(tǒng)中控制器為計(jì)算機(jī)，采用算法為PID控制規(guī)律,調(diào)節(jié)器為電磁閥，測量變送為HB、FT兩個組成，被控對象為流量PV。結(jié)構(gòu)組成如下圖2.2所示。

當(dāng)系統(tǒng)啟動后，水泵開始抽水，通過管道將水送到上水箱，由HB返回信號，是否還需要抽水到水箱。若還需要（即水位過低），則通過電磁閥控制 流量的大小，加大流量，從而使下水箱水位達(dá)到合適位置；若不需要（即水位過高或剛好合適），則通過電磁閥使流量保持或減小。其整個流程圖如圖2.1所示。

圖2.1 液位單回路控制系統(tǒng)圖

過程控制系統(tǒng)由四大部分組成，分別為控制器、調(diào)節(jié)器、被控對象、測量變送。本次設(shè)計(jì)為流量回路控制，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如下圖2.2.SP_PV1計(jì)算機(jī)控制器電動調(diào)節(jié)閥PV管道流量檢測傳感器

圖2.2 液位單回路控制系統(tǒng)框圖

四、實(shí)驗(yàn)過程：

? 在組態(tài)王中，我們所建立的每一個組態(tài)稱為一個工程。每個工程反映到操作系統(tǒng)中 是一個包括多個文件的文件夾。工程的建立則通過工程管理器。

? 點(diǎn)擊“開始”---〉“程序”---〉“組態(tài)王6.5*”---〉“組態(tài)王6.5*”（或直接雙擊桌面上組態(tài)王的快捷方式），啟動后的工程管理窗口

? 搜索：單擊此快捷鍵，在彈出的“瀏覽文件夾”對話框中選擇某一驅(qū)動器或某一文件夾，系統(tǒng)將搜索指定目錄下的組態(tài)王工程，并將搜索完畢的工程顯示在工程列表區(qū)中。? 刪除 ：在工程列表區(qū)中選擇任一工程后，單擊此快捷鍵刪除選中的工程。? 屬性： 在工程列表區(qū)中選擇任一工程后，單擊此快捷鍵彈出工程屬性對話框，可在工程屬性窗口中查看并修改工程屬性。備份工程備份是在需要保留工程文件的時候，把組態(tài)王工程壓縮成組態(tài)王自己的“.cmp”文件。? 第一步：創(chuàng)建新工程

? 第二步：定義硬件設(shè)備并添加工程變量。添加工程中需要的硬件設(shè)備和工程中使用的變量.包括內(nèi)存變量和I/O 變量 ? 第三步：制作圖形畫面并定義動畫連接

? 按照實(shí)際工程的要求繪制監(jiān)控畫面并使靜態(tài)畫面隨著過程控制對象產(chǎn)生動態(tài)效果。? 第四步：編寫命令語言。通過腳本程序的編寫以完成較復(fù)雜的操作上位控制。? 第五步：進(jìn)行運(yùn)行系統(tǒng)的配置。對運(yùn)行系統(tǒng)、報警、歷史數(shù)據(jù)記錄、網(wǎng)絡(luò)、用戶等進(jìn)行設(shè)置，是系統(tǒng)完成用于現(xiàn)場前的必備工作。

? 第六步：保存工程并運(yùn)行完成以上步驟后，一個可以拿到現(xiàn)場運(yùn)行的工程就制作完成了。

1水泵的動畫連接及其程序編寫

2水管的動畫連

3啟動按鍵的定義

4停止按鍵的定義

5歷史曲線的按鍵定義

6實(shí)時曲線的定義

7報警按鍵定義 命令語言

? 組態(tài)王除了在定義動畫連接時支持連接表達(dá)式，還允許用戶編寫命令語言來擴(kuò)展應(yīng)用程序的功能，極大地增強(qiáng)了應(yīng)用程序的可用性。

? 命令語言的句法和Ｃ語言非常類似，可以說是Ｃ的一個簡化子集，具有完備的詞法語法查錯功能和豐富的運(yùn)算符、數(shù)學(xué)函數(shù)、字符串函數(shù)、控件函數(shù)、SQL 函數(shù)和系統(tǒng)函數(shù)。命令語言分類

? 應(yīng)用程序命令語言：可以在程序啟動時、關(guān)閉時或在程序運(yùn)行期間周期執(zhí)行。如果希望周期執(zhí)行，還需要指定時間間隔。

? 熱鍵命令語言：被鏈接到設(shè)計(jì)者指定的熱鍵上，軟件運(yùn)行期間，操作者隨時按下熱鍵都可以啟動這段命令語言程序。

? 事件命令語言：規(guī)定在事件發(fā)生、存在、消失時分別執(zhí)行的程序。

? 數(shù)據(jù)改變命令語言：只鏈接到變量或變量的域。在變量或變量的域值變化到超出數(shù)據(jù)字典中所定 義的變化靈敏度時，它們就被觸發(fā)執(zhí)行一次。

? 還有自定義函數(shù)命令語言，畫面、按鈕命令語言 實(shí)現(xiàn)畫面切換功能

? 利用系統(tǒng)提供的“菜單”工具和ShowPicture()函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在主畫面中切換到其他任一畫面的功能? ShowPicture(“3實(shí)時曲線”);趨勢曲線 ? 趨勢曲線用來反應(yīng)變量隨時間的變化情況.趨勢曲線有兩種：實(shí)時趨勢曲線和歷史趨勢曲線。

應(yīng)用程序

if(本站點(diǎn)開關(guān)轉(zhuǎn)換==1){本站點(diǎn)Ti=8;本站點(diǎn)Kp=15;本站點(diǎn)Td=10;if(本站點(diǎn)電機(jī)==1 &&本站點(diǎn)開關(guān)==0){本站點(diǎn)ek0=本站點(diǎn)Sp-本站點(diǎn)水箱液位;本站點(diǎn)微分液位差=本站點(diǎn)ek0+本站點(diǎn)ek2-2*本站點(diǎn)ek1;本站點(diǎn)Uk=(本站點(diǎn)Ti*(本站點(diǎn)ek0-本站點(diǎn)ek1)+本站點(diǎn)Kp*本站點(diǎn) ek0+本站點(diǎn)Td*本站點(diǎn)微分液位差)/500;本站點(diǎn)水箱液位=本站點(diǎn)水箱液位+本站點(diǎn)Uk;本站點(diǎn)液位傳遞值=本站點(diǎn)ek1;本站點(diǎn)ek1=本站點(diǎn)ek0;本站點(diǎn)ek2=本站點(diǎn)液位傳遞值;本站點(diǎn)儲水箱液位=300-本站點(diǎn)水箱液位;} if(本站點(diǎn)電機(jī)==1 &&本站點(diǎn)開關(guān)==1){本站點(diǎn)ek0=本站點(diǎn)Sp-本站點(diǎn)水箱液位;本站點(diǎn)微分液位差=本站點(diǎn)ek0+本站點(diǎn)ek2-2*本站點(diǎn)ek1;本站點(diǎn)Uk=(本站點(diǎn)Ti*(本站點(diǎn)ek0-本站點(diǎn)ek1)+本站點(diǎn)Kp*本站點(diǎn)ek0+本站點(diǎn)Td*本站點(diǎn)微分液位差)/500+本站點(diǎn)水流;本站點(diǎn)水箱液位=本站點(diǎn)水箱液位+本站點(diǎn)Uk-本站點(diǎn)水流;本站點(diǎn)液位傳遞值=本站點(diǎn)ek1;本站點(diǎn)ek1=本站點(diǎn)ek0;本站點(diǎn)ek2=本站點(diǎn)液位傳遞值;本站點(diǎn)水流=本站點(diǎn)水箱液位/100;本站點(diǎn)儲水箱液位=300-本站點(diǎn)水箱液位;} if(本站點(diǎn)電機(jī)==0 &&本站點(diǎn)開關(guān)==1){本站點(diǎn)水流=本站點(diǎn)水箱液位/100;本站點(diǎn)水箱液位=本站點(diǎn)水箱液位-本站點(diǎn)水流;本站點(diǎn)儲水箱液位=300-本站點(diǎn)水箱液位;if(本站點(diǎn)水箱液位<1)本站點(diǎn)水流=0;}} if(本站點(diǎn)開關(guān)轉(zhuǎn)換==0){if(本站點(diǎn)電機(jī)==1 &&本站點(diǎn)開關(guān)==0){本站點(diǎn)ek0=本站點(diǎn)Sp-本站點(diǎn)水箱液位;本站點(diǎn)微分液位差=本站點(diǎn)ek0+本站點(diǎn)ek2-2*本站點(diǎn)ek1;本站點(diǎn)Uk=(本站點(diǎn)Ti*(本站點(diǎn)ek0-本站點(diǎn)ek1)+本站點(diǎn)Kp*本站點(diǎn)ek0+本站點(diǎn)Td*本站點(diǎn)微分液位差)/500;本站點(diǎn)水箱液位=本站點(diǎn)水箱液位+本站點(diǎn)Uk;本站點(diǎn)液位傳遞值=本站點(diǎn)ek1;本站點(diǎn)ek1=本站點(diǎn)ek0;本站點(diǎn)ek2=本站點(diǎn)液位傳遞值;本站點(diǎn)儲水箱液位=300-本站點(diǎn)水箱液位;} if(本站點(diǎn)電機(jī)==1 &&本站點(diǎn)開關(guān)==1){本站點(diǎn)ek0=本站點(diǎn)Sp-本站點(diǎn)水箱液位;本站點(diǎn)微分液位差=本站點(diǎn)ek0+本站點(diǎn)ek2-2*本站點(diǎn)ek1;本站點(diǎn)Uk=(本站點(diǎn)Ti*(本站點(diǎn)ek0-本站點(diǎn)ek1)+本站點(diǎn)Kp*本站點(diǎn)ek0+本站點(diǎn)Td*本站點(diǎn)微分液位差)/500+本站點(diǎn)水流;本站點(diǎn)水箱液位=本站點(diǎn)水箱液位+本站點(diǎn)Uk-本站點(diǎn)水流;本站點(diǎn)液位傳遞值=本站點(diǎn)ek1;本站點(diǎn)ek1=本站點(diǎn)ek0;本站點(diǎn)ek2=本站點(diǎn)液位傳遞值;本站點(diǎn)水流=本站點(diǎn)水箱液位/100;本站點(diǎn)儲水箱液位=300-本站點(diǎn)水箱液位;} if(本站點(diǎn)電機(jī)==0 &&本站點(diǎn)開關(guān)==1){本站點(diǎn)水流=本站點(diǎn)水箱液位/100;本站點(diǎn)水箱液位=本站點(diǎn)水箱液位-本站點(diǎn)水流;本站點(diǎn)儲水箱液位=300-本站點(diǎn)水箱液位;if(本站點(diǎn)水箱液位<1)本站點(diǎn)水流=0;}} if(本站點(diǎn)Uk<=1)本站點(diǎn)uk=本站點(diǎn)Uk*100;else 本站點(diǎn)uk=100;if(本站點(diǎn)電機(jī)==0)本站點(diǎn)Uk=0;if(本站點(diǎn)水箱液位>本站點(diǎn)Sp)本站點(diǎn)水箱液位=本站點(diǎn)水箱液位-本站點(diǎn)水流;實(shí)驗(yàn)總結(jié)

通過此次設(shè)計(jì)，我掌握了流量單回路控制系統(tǒng)的構(gòu)成。知道它最基本的部分有控制器、調(diào)節(jié)器、被控對象和測量變松組成。

并且學(xué)會了如何去設(shè)計(jì)一個過程控制系統(tǒng)，掌握了基本的設(shè)計(jì)步驟。了解到，一般情況下，它都要經(jīng)過一下幾個步驟：認(rèn)知被控對象、設(shè)計(jì)控制方案、選擇控制規(guī)律、選擇過程儀表、選擇過程模塊、設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖和組態(tài)圖、設(shè)計(jì)組態(tài)畫面、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)詞典等，直到最后的動畫鏈接成功，并達(dá)到控制要求。經(jīng)過以上步驟，我對整個過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有了很深的體會，也學(xué)會了很多與設(shè)計(jì)相關(guān)的知識。

對組態(tài)王軟件也有了很大的了解，學(xué)會了初步的應(yīng)用。認(rèn)識到了組態(tài)王的一些應(yīng)用情況，組態(tài)王軟件的組成與功能，其應(yīng)用程序項(xiàng)目如何建立，數(shù)據(jù)詞典如何建立，動畫如何進(jìn)行鏈接，命令語言程序如何編寫，趨勢曲線如何建立，還有I/O設(shè)備的配置和組態(tài)網(wǎng)絡(luò)的建立等等一系列與組態(tài)王軟件應(yīng)用相關(guān)的知識。

在這次課程設(shè)計(jì)中也遇到了不少麻煩，不過經(jīng)過老師的輔導(dǎo)大部分問題都得到了解決，總的來說，這次設(shè)計(jì)是一次收獲很大的設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多教學(xué)中學(xué)不到的東西，對我的動手能力有了很大的幫助。同時也要感謝老師對我們這次課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，讓我們獲益匪淺！

參考文獻(xiàn)：

[1]邵裕森,戴先中.過程控制工程(第2版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2003 [2]崔亞嵩.過程控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（校內(nèi)）

[3]廖常初.PLC編程及應(yīng)用(第2版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2007 [4]吳作明.工業(yè)組態(tài)軟件與PLC應(yīng)用技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社.20077.[5]求是教儀.過程控制實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.杭州：浙江求是科教設(shè)備有限公司，2004 [6]邵裕森.過程控制工程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 [7]俞全壽.過程自動化儀表.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000

附錄

第二篇：基于組態(tài)王的水箱液位控制系統(tǒng)a

水箱液位控制系統(tǒng)

１.引言

自動化軟件在自動化產(chǎn)品的研發(fā)過程中有著舉足重輕的地位，尤其在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，自動化軟件的應(yīng)用越來越受到人們的重視。本文采用的自動化軟件是北京亞控公司出品的組態(tài)王6.51，本文利用組態(tài)王強(qiáng)大的組態(tài)功能和友好的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)了對供水系統(tǒng)中水塔和儲水箱的實(shí)時監(jiān)控，并且具有一定的工程應(yīng)用價值。

２.系統(tǒng)需求分析及其方法論證

2.1系統(tǒng)需求分析

為了保證系統(tǒng)所需用水的供給，供水系統(tǒng)必須能夠及時的對各種用水對象進(jìn)行供水。這就要求水塔和儲水箱的水位不能低于一定的下限以免斷水對人們的正常生活所帶來的影響，同時水塔和儲水箱的水位又不能高于一定的上限，從而使得水資源可以合理的分配利用。如果使用組態(tài)王來實(shí)現(xiàn)軟硬結(jié)合的控制，將會給系統(tǒng)的各性能帶來良好的提升。

2.2系統(tǒng)方案論證

整個供水系統(tǒng)可以抽象為水塔和主水箱兩個容器的液位控制。水塔的水來自地下水，主水箱的液位由水塔的水泵和主水箱的出水閥門綜合決定。各種工業(yè)用水和生活用水可以用其對應(yīng)的儲水箱的出水管道代替。這樣系統(tǒng)就組態(tài)好了。

系統(tǒng)通過智能模塊將液位的檢測量采集到組態(tài)王對應(yīng)變量中,由組態(tài)王統(tǒng)一管理給出系統(tǒng)各部分運(yùn)行趨勢、報表及報警事件,并通過與給定的液位設(shè)定比較來控制入水量，從而使液位保持在一定的范圍之內(nèi)。

本系統(tǒng)假定主水箱滿液位為100，而水塔容量相對于主水箱來說應(yīng)該大很多，為了明顯起見，我們選水塔容量為500.當(dāng)水塔液位低于100時水塔進(jìn)水，主水箱液位低于20時水塔自動供水，高于90時供水關(guān)閉。由于工業(yè)用水和生活用水的需求相差比較大，所以給他們設(shè)定了不同的流速，并且它們的使用時隨機(jī)的，顧沒有對兩儲水罐的出水閥進(jìn)行自動控制。應(yīng)運(yùn)程序代碼如下: if(本站點(diǎn)泵==1){本站點(diǎn)控制水流=8;

本站點(diǎn)水塔=本站點(diǎn)水塔-8;本站點(diǎn)主水箱= 本站點(diǎn)主水箱+8;} else

{本站點(diǎn)控制水流=0;本站點(diǎn)水塔=本站點(diǎn)水塔;本站點(diǎn)主水箱= 本站點(diǎn)主水箱;}

if(本站點(diǎn)閥門1==1){本站點(diǎn)控制水流1=5;

本站點(diǎn)主水箱= 本站點(diǎn)主水箱-5;} else

本站點(diǎn)控制水流1=0;if(本站點(diǎn)主水箱>90)

本站點(diǎn)泵=0;if(本站點(diǎn)主水箱<20){本站點(diǎn)泵=1;本站點(diǎn)控制水流=8;

本站點(diǎn)水塔=本站點(diǎn)水塔-8;本站點(diǎn)主水箱= 本站點(diǎn)主水箱+8;}

if(本站點(diǎn)水塔<100){本站點(diǎn)水泵1=1;本站點(diǎn)控制水流2=10;本站點(diǎn)水塔=本站點(diǎn)水塔+50;}

if(本站點(diǎn)水泵1==1){本站點(diǎn)控制水流2=10;本站點(diǎn)水塔=本站點(diǎn)水塔+50;}

if(本站點(diǎn)水塔>450){本站點(diǎn)水泵1=0;本站點(diǎn)控制水流2=0;本站點(diǎn)水塔=本站點(diǎn)水塔;} 3.系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

3.1監(jiān)控中心畫面

監(jiān)控畫面包括了供水系統(tǒng)各功能塊的組態(tài)和一些相關(guān)儀表的顯示以及操作相關(guān)的按鈕等。操作人員通過主控按鈕可以很方便的對系統(tǒng)進(jìn)行查看和管理。

圖1.監(jiān)控中心畫面 3.2報警系統(tǒng)畫面的建立

水塔和主水箱都設(shè)置了報警，其中主水箱低報警值是20，高報警值是90，高高報警值是100。水塔只有一個低液位150報警。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，可以隨時查看報警記錄。報警窗口如圖2所示：

圖2.報警系統(tǒng)畫面

3.3趨勢曲線的建立

趨勢曲線用來反映數(shù)據(jù)變量隨時間的變化情況，趨勢曲線有兩種：實(shí)時趨勢曲線和歷史趨勢曲線。在畫面程序運(yùn)行時，實(shí)時趨勢曲線隨時間變化自動卷動，以快速反應(yīng)變量的新變化。時間軸不能回卷，不能查閱變量的歷史數(shù)據(jù)。歷史曲線可以完成歷史數(shù)據(jù)的查看工作，但它不會自動卷動，而需要通過帶有命令語言的功能按鈕來輔助實(shí)現(xiàn)查閱功能。本系統(tǒng)的實(shí)時曲線和歷史曲線分別如下所示：

3.4數(shù)據(jù)報表及其打印保存

在報表畫面中可以實(shí)時查看各參數(shù)變化情況，操作人員可以通過打印預(yù)覽和打印按鈕來打印報表，同時報表具有實(shí)時保存數(shù)據(jù)的功能，保存文件的名稱為保存數(shù)據(jù)時的時間值，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)文件保存在當(dāng)前工程目錄下，文件格式為Excel。所用到的代碼為：

string filename;

filename=InfoAppDir()+“實(shí)時數(shù)據(jù)文件”+

StrFromReal(本站點(diǎn)$年, 0, “f”)+ StrFromReal(本站點(diǎn)$月, 0, “f”)+ StrFromReal(本站點(diǎn)$日, 0, “f”)+ StrFromReal(本站點(diǎn)$時, 0, “f”)+ StrFromReal(本站點(diǎn)$分, 0, “f”)+ StrFromReal(本站點(diǎn)$秒, 0, “f”)+

“.xls”;

ReportSaveAs(“數(shù)據(jù)報表”,FileName);

數(shù)據(jù)報表界面如圖5所示：

3.5數(shù)據(jù)詞典設(shè)計(jì)

在數(shù)據(jù)詞典中可以定義變量，以便與畫面相關(guān)聯(lián)。這些變量包括I/O變量和內(nèi)存變量等。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)詞典部分變量如圖7所示

圖７.數(shù)據(jù)詞典

4.心得體會

經(jīng)過事先對組態(tài)王的一些書面和視頻資料的學(xué)習(xí)和了解，我對組態(tài)王的設(shè)計(jì)方法有了初步的認(rèn)識，這對我以后的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中起了很大的作用。剛開始設(shè)計(jì)系統(tǒng)時遇到了一些問題，比如水管流動，液位控制，程序的修改以及按鈕的設(shè)計(jì)等，但在我的學(xué)習(xí)和修改中這些問題都被一一解決了，有些部分還得到了很好的改進(jìn)，我想這個水箱液位控制系統(tǒng)應(yīng)該完善了很多。從組態(tài)王軟件設(shè)計(jì)中我學(xué)到了很多，學(xué)到了圖形的建立，程序的設(shè)計(jì)，模塊化的修改和定義語言，我相信這次實(shí)訓(xùn)會給我以后的學(xué)習(xí)中帶來很大的收獲。

第三篇：加油站液位儀

加油站液位儀—青島海工智能科技

有限公司

青島海工智能科技有限公司是專業(yè)的加油站液位儀供應(yīng)商,其自主開發(fā)的海工加油站智能管理系統(tǒng),由液位探針、終端控制臺、網(wǎng)絡(luò)等組成,經(jīng)管理軟件,實(shí)現(xiàn)加油站油罐的液位安全監(jiān)控和計(jì)量,是一種安全環(huán)保的智能管理系統(tǒng).探針特點(diǎn): 安全：該產(chǎn)品采用本安型設(shè)計(jì)，已通過國家PCEC認(rèn)證中心EXia II BT4級防爆認(rèn)證； 精確：產(chǎn)品采用磁致伸縮原理進(jìn)行高速數(shù)字化設(shè)計(jì)，通過國際高精度的自動標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，使液位測量精度達(dá)到±0.5mm；

穩(wěn)定：采用數(shù)字化數(shù)據(jù)采集，通過EIA-485協(xié)議與控制臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，抗干擾能力更強(qiáng)，數(shù)據(jù)采集量更精準(zhǔn)、更快捷；

環(huán)境溫度（-40℃-70℃）影響測量誤差＜0.2mm，高速：單罐巡檢速度1.5秒鐘；

耐用：采用無縫不銹鋼管全封閉設(shè)計(jì)，耐油、耐老化，壽命更長。

控制臺:

一、產(chǎn)品簡介

1.1 概述：

MC-10觸摸式控制臺是為加油站、油庫油罐液位自動計(jì)量系統(tǒng)而專門設(shè)計(jì)的自動化產(chǎn)品?？?4小時實(shí)時監(jiān)控1～8個油罐的油高、水高、溫度、體積等基礎(chǔ)參數(shù)，用圖形和比例的方式動態(tài)顯示油位和水位的動態(tài)變化；自動實(shí)現(xiàn)高低液位報警、溫度高低報警；支持人工卸油、交接班、容積表導(dǎo)入導(dǎo)出、各種記錄查詢；協(xié)議開放，數(shù)據(jù)上傳至中控系統(tǒng)，支持?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳至管理中心；真正做到油品的進(jìn)銷存自動化管理，成為用戶油品精細(xì)化管理的好幫手！

MC-10觸摸控制臺實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面人性化操作，采用全中文的操作界面，界面操作靈活簡捷，按照使用說明手冊的操作步驟輕松實(shí)現(xiàn)油品的自動化管理。

1.2主要指標(biāo)：

◇外形尺寸(長×寬×高)：280×230×120（mm）◇供電電壓：交流 120V～260V 50Hz ◇工作環(huán)境溫度：-20℃～+60℃ ◇液晶屏尺寸：5英寸 ◇顯示方式：中文+圖形 ◇監(jiān)控油罐數(shù)量：1～8個 ◇數(shù)據(jù)傳輸：RS-232 ◇報警燈：紅色為電源指示燈，上電后常亮；藍(lán)色為報警指示燈，只有報警時才點(diǎn)亮。1.3環(huán)境要求: ◇安裝場所必須為辦公安全區(qū)內(nèi)；

◇室內(nèi)壁掛式安裝，遠(yuǎn)離火源、氣源等危險隱患； ◇保證電源接地良好。

二、軟件操作

2.1軟件功能: MC-10觸摸式控制臺實(shí)現(xiàn)人機(jī)中文界面操作，管理功能更加人性化、合理化，其主要功能如下：

◇探針的通訊線纜直接連接到控制臺，可實(shí)時巡檢1-8個油罐的基礎(chǔ)測量參數(shù)； ◇中文界面、動態(tài)圖文顯示，實(shí)時監(jiān)測油罐的油高、水高、溫度和體積；

◇當(dāng)液位、溫度達(dá)到設(shè)定的報警參數(shù)時，控制臺發(fā)出聲光報警，為用戶及時提供報警數(shù)據(jù)； ◇預(yù)設(shè)卸油高度預(yù)警，防止溢油，預(yù)設(shè)水高預(yù)警，防止帶水付油。

◇權(quán)限管理：加油站值班人員可查看動態(tài)罐存信息；管理人員可設(shè)置油罐管理參數(shù)，查看各種信息和數(shù)據(jù)管理；維護(hù)人員可進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和維護(hù)?！髤?shù)設(shè)置：設(shè)置油罐參數(shù)、進(jìn)油參數(shù)和其它管理參數(shù)。

◇多罐自動監(jiān)測：可同時監(jiān)測1—8個油罐的參數(shù)并實(shí)時讀取；

◇自動計(jì)量功能：實(shí)時顯示油罐的油位、水位、溫度，罐存量，實(shí)現(xiàn)人工卸油。用圖形和比例的方式動態(tài)的顯示油位和水位的變化；

◇容積表編輯：計(jì)算機(jī)編輯的容積表可自動導(dǎo)入，具有罐容表導(dǎo)入、導(dǎo)出、備份功能； ◇報警功能：油位高低報警，油位高低預(yù)警，水位高報警，油溫高低報警。

查詢各種報警。

◇記錄和查詢：庫存記錄，進(jìn)油記錄，各種報警記錄，交接班記錄 ◇板載1個RS-232串行通訊端口，數(shù)據(jù)上傳至中控系統(tǒng)或電腦系統(tǒng)； ◇預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口，具備網(wǎng)絡(luò)上傳功能，實(shí)現(xiàn)油品進(jìn)、銷、存數(shù)據(jù)上傳；

◇網(wǎng)絡(luò)上傳功能，通過寬帶、電話方式直接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。為加油站和石油公司的進(jìn)、銷、存管理提供方便條件?！筌浖壏奖?，通過聯(lián)網(wǎng)升級或U盤升級。

地址:青島市鞍山一路88號 電話:0532-83721160 手機(jī):*** http://004km.cn

第四篇：過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報告(封皮)

題目：

過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報告S7-300PLC與200PLC主-從站的單回 流量過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名：班級：自09A-2學(xué)號： 同組人：時間：2012年11月 地點(diǎn)：過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室 指導(dǎo)老師：

目錄

1.概述····························································1

2.S7-300PLC與200PLC主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案····2

2.1主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)硬件組成原理····················2

2.2主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)硬件電氣接線圖設(shè)計(jì)··············3

3.S7-300PLC與200PLC主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)·4

3.1主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)閉環(huán)控制原理····················4

3.2主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)PLC硬件組態(tài)論述················4

3.3主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)控制程序流程圖論述··············5

3.4主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)控制程序功能實(shí)現(xiàn)················6

4.S7-300PLC與200PLC主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)·8

4.1主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)建立通訊························8

4.2主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)變量數(shù)據(jù)詞典建立················8

4.3主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)工藝圖形主畫面組態(tài)··············9

4.4主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)歷史趨勢組態(tài)···················10

4.5主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)實(shí)時趨勢組態(tài)···················10

4.6主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)報表組態(tài)···················11

5.S7-300PLC與200PLC主-從站單回路流量過控系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析·12

5.1主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)試中解決的問題···········12

5.2主-從站單回路流量過程控制系統(tǒng)結(jié)果分析與總結(jié)·················12

結(jié)束語····························································12

附錄：帶功能注釋的源程序··········································13

第五篇：控制系統(tǒng)仿真與CAD課程設(shè)計(jì)報告..

控制系統(tǒng)仿真與課程設(shè)計(jì)

學(xué)

院：物流工程學(xué)院 專

業(yè)：測控技術(shù)與儀器 班

級：測控102 姓

名：楊紅霞 學(xué)

號：201010233037 指導(dǎo)教師：蘭瑩

完成日期：2013年7月4日CAD

一、目的和任務(wù)

配合《控制系統(tǒng)仿真與CAD》課程的理論教學(xué)，通過課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生掌握當(dāng)前流行的演算式MATLAB語言的基本知識，學(xué)會運(yùn)用MATLAB語言進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真和輔助設(shè)計(jì)的基本技能，有效地提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)動手能力。

一、基本要求：

1、利用MATLAB提供的基本工具，靈活地編制和開發(fā)程序，開創(chuàng)新的應(yīng)用；

2、熟練地掌握各種模型之間的轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)的時域、頻域分析及根軌跡繪制；

3、熟練運(yùn)用SIMULINK對系統(tǒng)進(jìn)行仿真；

4、掌握PID控制器參數(shù)的設(shè)計(jì)。

二、設(shè)計(jì)要求

1、編制相應(yīng)的程序，并繪制相應(yīng)的曲線；

2、對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析；

3、撰寫和打印設(shè)計(jì)報告（包括程序、結(jié)果分析、仿真結(jié)構(gòu)框圖、結(jié)果曲線）。

三、設(shè)計(jì)課題

設(shè)計(jì)一：二階彈簧—阻尼系統(tǒng)的PID控制器設(shè)計(jì)及其參數(shù)整定

考慮彈簧－阻尼系統(tǒng)如圖1所示，其被控對象為二階環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)G(S)如下，參數(shù)為M=1kg，b=2N.s/m，k=25N/m，F(xiàn)（S）=1。設(shè)計(jì)要求：

（1）控制器為P控制器時，改變比例系數(shù)大小，分析其對系統(tǒng)性能的影響并繪制相應(yīng)曲線。

（2）控制器為PI控制器時，改變積分時間常數(shù)大小，分析其對系統(tǒng)性能的影響并繪制相應(yīng)曲線。(例如當(dāng)kp=50時，改變積分時間常數(shù))（3）設(shè)計(jì)PID控制器，選定合適的控制器參數(shù)，使閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的超調(diào)量σ%<20%，過渡過程時間Ts<2s, 并繪制相應(yīng)曲線。

圖1 彈簧－阻尼系統(tǒng)示意圖

彈簧－阻尼系統(tǒng)的微分方程和傳遞函數(shù)為：

??bx??kx?F M?xG(s)?X(s)11?? F(s)Ms2?bs?ks2?2s?25

圖2 閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

附：P控制器的傳遞函數(shù)為：GP(s)?KP

PI控制器的傳遞函數(shù)為：GPI(s)?KP?11? TIsPID控制器的傳遞函數(shù)為：GPID(s)?KP?11??TD?s TIs

(一)設(shè)計(jì)P控制器，改變比例系數(shù)大小，分析其對系統(tǒng)性能的影響并繪制相應(yīng)曲線。以下為所做的設(shè)計(jì)以及運(yùn)行結(jié)果，KP取了不同的值，通過運(yùn)用sim函數(shù)進(jìn)行仿真，并得出超調(diào)量MP，過渡過程時間Ts的大小，通過分析所得出的結(jié)果，多次改變KP的大小直到符合題目的要求，使穩(wěn)態(tài)誤差等都達(dá)到要求。

1、仿真運(yùn)行程序

for Kp=[200,400,800] t=[0:0.01:6];

[t,x,y]=sim('yhx',6);hold on plot(t,y);N=length(t);

yss=y(N);%yss：穩(wěn)態(tài)值 hold on

[ymax,i]=max(y);

mp=(ymax-yss)*100/yss, %計(jì)算超調(diào)量mp i=N;

while abs(y(i)-yss)/yss<=0.02 i=i-1;end

Ts=t(i), %計(jì)算過渡過程時間 gtext(num2str(Kp));end

2、仿真框圖

KpStepGain12s +2s+25Transfer FcnScope1Out1

3、仿真運(yùn)行結(jié)果

改變比例系數(shù)kp大小,得如下結(jié)果，通過以下數(shù)據(jù)以及得出的曲線可分析其對系統(tǒng)性能的影響 Kp=200

mp =

75.3359 Ts =

3.7962

Kp=400

mp =

84.7526 Ts =

3.8317 Kp=800

mp =

88.0528 Ts =

4.5685

4、仿真運(yùn)行曲線

21.81.61.48001.214000.82000.60.40.200123456

5、運(yùn)行結(jié)果分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)了一個P控制器，與Gs等構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由以上的運(yùn)行結(jié)果以及曲線可以看出隨Kp增大，超調(diào)量mp是逐漸變大的，Ti也是逐漸變大的，而且總是達(dá)不到穩(wěn)態(tài)誤差很小很小，因此得出以下結(jié)論：隨著Kp值的增大，系統(tǒng)的超調(diào)量變大，調(diào)節(jié)時間變長，振蕩次數(shù)也增多了。Kp值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就越小，調(diào)節(jié)應(yīng)精度越高，但是系統(tǒng)的波動明顯變多了，穩(wěn)定性變差，但是系統(tǒng)響應(yīng)變快了。隨著比例系數(shù)女kp的增大并不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，只能減小穩(wěn)態(tài)誤差。(二)設(shè)計(jì)PI控制器，改變積分時間常數(shù)大小，分析其對系統(tǒng)性能的影響并繪制相應(yīng)曲線。以下為設(shè)計(jì)出的仿真程序等，運(yùn)用sim函數(shù)進(jìn)行仿真，編寫程序使KP=50，改變KI的大小，來進(jìn)行分析，直到符合題目的要求，使運(yùn)行出的結(jié)果穩(wěn)態(tài)誤差基本很小即可，如果達(dá)不到，就要重新設(shè)定KI的大小，進(jìn)行多次試驗(yàn)，選出如下符合要求的KI的值，程序中都有所體現(xiàn)。

1、仿真運(yùn)行程序

for Ki=[30,50,80] t=[0:0.01:10];

[t,x,y]=sim('yhxx',10);hold on plot(t,y);

N=length(t);%yss：穩(wěn)態(tài)值 yss=y(N);hold on [ymax,i]=max(y);

mp=(ymax-yss)*100/yss, %計(jì)算超調(diào)量mp i=N;

while abs(y(i)-yss)/yss<=0.02 i=i-1;end

Ts=t(i),%計(jì)算過渡過程時間 end

2、仿真框圖

50Kp1KiStepKi1sIntegrator2s +2s+25AddTransfer FcnScope1Out1

3、仿真運(yùn)行結(jié)果

當(dāng)Kp=50時, 改變積分時間常數(shù)ki的大小，由以下的結(jié)果以及曲線可分析其對系統(tǒng)性能的影響 ki=30

mp =

21.4633 Ts =

6.5686 Ki=50

mp =

26.7424 Ts =

5.1127 Ki=80

mp =

31.0229 Ts =

7.3375

4、仿真運(yùn)行曲線：

1.41.280501300.80.60.40.20012345678910

5、運(yùn)行結(jié)果分析

Kp=50時，隨著ki值的增大，系統(tǒng)的超調(diào)量變大，系統(tǒng)響應(yīng)時間出現(xiàn)了波動。ki越大，積分速度越快，積分作用就越強(qiáng)，響應(yīng)時間變快，但系統(tǒng)振蕩次數(shù)就較多。PI控制可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的誤差度。在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項(xiàng)會增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后基本無穩(wěn)態(tài)誤差。這是比上一個只有比例控制器的一個進(jìn)步的地方。

(三)設(shè)計(jì)一PID控制器，選定合適的控制器參數(shù)，使閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的超調(diào)量σ%<20%，過渡過程時間Ts<2s, 并繪制相應(yīng)曲線。以下為所設(shè)計(jì)的程序，仿真等，改變kp,ki,kd 的值得出閉環(huán)階躍響應(yīng)的超調(diào)量和過渡過程時間，通過多次試驗(yàn)，得到的kp取20,ki取65，kd取9時運(yùn)行出的結(jié)果是滿足題目要求的：

1、仿真運(yùn)行程序

[t,x,y]=sim('yhxxx');plot(t,y);N=length(t);

yss=y(N);%yss：穩(wěn)態(tài)值 [ymax,i]=max(y);

mp=(ymax-yss)*100/yss, %計(jì)算超調(diào)量mp i=N;

while abs(y(i)-yss)/yss<=0.02 i=i-1;end

Ts=t(i), %計(jì)算過渡過程時間

2、仿真框圖

20Kp1y(s)65StepKi1sIntegratorAdd12s +2s+25Transfer FcnYTo Workspace9Kddu/dtDerivativeScope

3、仿真運(yùn)行結(jié)果

經(jīng)過多次試驗(yàn)，當(dāng)Kp=20,ki=65,pd=9滿足使閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線的超調(diào)量σ%<20%,過渡過程時間ts<2s，結(jié)果如下： mp =

1.1367

Ts =

0.8945 從結(jié)果可知超調(diào)量mp%<20%,過渡過程時間Ts<2s滿足設(shè)計(jì)要求.4、仿真運(yùn)行曲線：

1.41.210.80.60.40.20012345678910

5、運(yùn)行結(jié)果分析及設(shè)計(jì)小結(jié)

把比例 微分 積分結(jié)合起來進(jìn)行控制能夠更好的達(dá)到我們想要的結(jié)果，PID參數(shù)的整定就是合理的選取PID三個參數(shù)。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差等方面來考慮問題，每個參數(shù)都有自己的作用，比如比例調(diào)節(jié)的作用是能夠成比例地反映系統(tǒng)的偏差信號，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生與其成比例的調(diào)節(jié)作用，以減小偏差。隨著Kp增大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差減小，但是系統(tǒng)容易產(chǎn)生超調(diào)，并且加大Kp只能減小穩(wěn)態(tài)誤差，卻不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，顯著特點(diǎn)就是有差調(diào)節(jié)。然后就是微分調(diào)節(jié)的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的誤差度，它的特點(diǎn)就是誤差調(diào)節(jié)。微分調(diào)節(jié)作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間?？傊壤e分微分控制作用是相互關(guān)聯(lián)的，結(jié)合起來用效果會更好。設(shè)計(jì)二：二階系統(tǒng)串聯(lián)校正裝置的設(shè)計(jì)與分析

設(shè)某被控系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)如下：

G(s)?設(shè)計(jì)要求：

K

s(s?2)選用合適的方法設(shè)計(jì)一個串聯(lián)校正裝置K(s)，使閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線超調(diào)量?%?20%，過渡過程時間Ts?1.5(s)，開環(huán)比例系數(shù)Kv?10(1/s)，并分析串聯(lián)校正裝置中增益、極點(diǎn)和零點(diǎn)對系統(tǒng)性能的影響。

提示：可采用根軌跡校正工具進(jìn)行串聯(lián)校正

MATLAB 提供了一個輔助設(shè)計(jì)閉環(huán)系統(tǒng)根軌跡的仿真軟件Rltool，可以用來進(jìn)行根軌跡校正。在command window 下鍵入>> rltool，進(jìn)入設(shè)計(jì)環(huán)境。

一、設(shè)計(jì)思路方法

根據(jù)題目要求采用matlab中提供的一個輔助設(shè)計(jì)閉環(huán)系統(tǒng)根軌跡的仿真軟件Rltool，來進(jìn)行根軌跡校正。打開matlab，在command window 下鍵入>> rltool，進(jìn)入設(shè)計(jì)環(huán)境。

k根據(jù)設(shè)計(jì)要求：開環(huán)比例系數(shù)Kv?10(1/s)即 kv?limsG(s)??10得k?20

s?02取k=40, 傳遞函數(shù)G(s)?40

s(s?2)

二、設(shè)計(jì)步驟

1、打開matlab，在command window 下鍵入>> rltool，進(jìn)入設(shè)計(jì)環(huán)境。啟動SISO Design Tool 在matlab中鍵入num=40;den=conv([1,0],[1,2]);ex_1=tf(num,den)，出現(xiàn)函數(shù)

40/(s^2 + 2 s)得到該系統(tǒng)的LTI對象模型ex_1。

2、啟動SISO Design Tool 窗口后，利用該窗口中File菜單下的命令I(lǐng)mport,打開系統(tǒng)模型輸入對話框窗口。采用系統(tǒng)默認(rèn)的結(jié)構(gòu)，輸入選中的對象ex_1，將控制對象G設(shè)置為ex_1，控制器C設(shè)為1，其他的環(huán)節(jié)H,F均使用默認(rèn)的取值1.單擊OK在SISO Design Tool中會自動繪制此負(fù)反饋線性系統(tǒng)的根軌跡圖，以及系統(tǒng)波特圖，如圖

Root Locus Editor(C)850Open-Loop Bode Editor(C)64020G.M.: InfFreq: InfStable loop-50-90-2-4-135-6P.M.: 18 degFreq: 6.17 rad/sec-1-8-2-180-1.5-1Real Axis-0.5010

3、點(diǎn)擊Analysis 中的other loop response 選擇step得到閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線如圖可以看到校正前的超調(diào)量為60.4%，過渡過程時間為3.66s，明顯不滿足要求。

1010Frequency(rad/sec)01102Step Response1.81.6System: Closed Loop: r to yI/O: r to yPeak amplitude: 1.6Overshoot(%): 60.4At time(sec): 0.5081.41.2System: Closed Loop: r to yI/O: r to ySettling Time(sec): 3.66Amplitude10.80.60.40.200123Time(sec)456

4、經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，得出加入零點(diǎn)-5，加入極點(diǎn)-33，是滿足要求的，可得到如下的根軌跡圖以及伯德圖

Root Locus Editor(C)50403020-50100-10-20-30-40-50-40-180-30-20Real Axis-100-135G.M.: InfFreq: InfStable loop-100-90050Open-Loop Bode Editor(C)P.M.: 58.3 degFreq: 8.7 rad/sec-1101001010Frequency(rad/sec)12103

5、得到的階躍響應(yīng)曲線如下超調(diào)量15.8%<20%，過渡過程時間0.715s<1.5s,滿足要求說明加的零極點(diǎn)是正確的

Step Response1.41.21System: Closed Loop: r to yI/O: r to ySystem: Closed Loop: r to ySettling Time(sec): 0.715I/O: r to yPeak amplitude: 1.16Overshoot(%): 15.8At time(sec): 0.348Amplitude0.80.60.40.2000.10.20.30.40.5Time(sec)0.60.70.80.91

6、在使用SISO Design Tool 完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之后，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)之前必須對設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)通過Simulink 進(jìn)行仿真分析，進(jìn)一步對控制器C進(jìn)行驗(yàn)證，以確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。下圖為系統(tǒng)相應(yīng)的Simulink模型：

untitledFStepFeed ForwardSumuntitledCCompensatorex_1PlantOutput1untitledHSensor DynamicsOut1

7、編寫M文件運(yùn)行以得出超調(diào)量和過渡過程時間，以驗(yàn)證是否正確，程序如下： num0=40;den0=conv([1,0],[1,2]);num1=[0.2,1];den1=[0.03,1];

[num2,den2]=series(num0,den0,num1,den1);[num,den]=cloop(num2,den2);t=0:0.005:5;

y=step(num,den,t);plot(t,y);N=length(t);yss=y(N);hold on

[ymax,i]=max(y);mp=(ymax-yss)*100/yss, i=N;

while abs(y(i)-yss)/yss<=0.02 i=i-1;end Ts=t(i)，運(yùn)行結(jié)果： mp =

15.7500

Ts =

0.7150

運(yùn)行所得的曲線如下： 1.41.210.80.60.40.2000.511.522.533.544.55

運(yùn)行結(jié)果分析：所得出的結(jié)果，超調(diào)量15.7500%<20%,過渡過程時間0.7150s<1.5s,滿足設(shè)計(jì)要求，證明設(shè)計(jì)的沒有問題，符合設(shè)計(jì)要求。

三、串聯(lián)校正裝置中增益、極點(diǎn)和零點(diǎn)對系統(tǒng)性能的影響。（1）加入增益68，所得到的根軌跡及伯德圖：

Root Locus Editor(C)150100Open-Loop Bode Editor(C)10050500G.M.: InfFreq: InfStable loop-50-900-50-135-100P.M.: 8.66 degFreq: 106 rad/sec-1-150-20-180-15-10Real Axis-5010100

編寫M程序，得出圖像及超調(diào)量，過渡過程時間等值，來判斷加入增益對系統(tǒng)性能的影響，程序如下：

num0=40;den0=conv([1,0],[1,2]);num1=68*[0.2,1];den1=[0.03,1];[num2,den2]=series(num0,den0,num1,den1);[num,den]=cloop(num2,den2);t=0:0.005:1;y=step(num,den,t);plot(t,y);%計(jì)算超調(diào)量mp N=length(t);yss=y(N);

hold on %yss：穩(wěn)態(tài)值 [ymax,i]=max(y);mp=(ymax-yss)*100/yss, i=N;while abs(y(i)-yss)/yss<=0.02

i=i-1;end Ts=t(i)，運(yùn)行結(jié)果為

1010Frequency(rad/sec)12103mp =

69.4107

Ts =

0.2600 運(yùn)行曲線為：

1.81.61.41.210.80.60.40.2000.10.20.30.40.50.60.70.80.91

由以上結(jié)果及圖像可以得出以下結(jié)論：加入增益之后超調(diào)量變大了，過渡過程時間變短了，波動的更加厲害，穩(wěn)態(tài)誤差變小了。說明可以改變開環(huán)增益的大小，從而改善穩(wěn)態(tài)誤差

（2）加入零點(diǎn)-10，所得到的根軌跡及伯德圖： Root Locus Editor(C)360402200Open-Loop Bode Editor(C)10-20G.M.: InfFreq: NaNStable loop-40-45-1-90-2-135P.M.: 108 degFreq: 12.9 rad/sec-1-3-60-180-50-40-30-20Real Axis-100101001010Frequency(rad/sec)12103

階躍響應(yīng)曲線如下：

Step Response1.41.21Amplitude0.80.60.40.2000.5Time(sec)11.5

由圖可以得出，加入零點(diǎn)后對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生了很大的影響，過渡過程時間變長了，超調(diào)量變小了，波動次數(shù)少了，而且增加開環(huán)極點(diǎn)，使得原系統(tǒng)根軌跡的整體走向在S平面向右移，使系統(tǒng)穩(wěn)定性變壞。

（3）加入極點(diǎn)-10后所得到的根軌跡以及伯德圖: Root Locus Editor(C)8050Open-Loop Bode Editor(C)60040-50200-100G.M.: 10.3 dBFreq: 14.4 rad/secStable loop-150-90-20-40-180-60P.M.: 22.1 degFreq: 7.34 rad/sec100-80-100-50Real Axis0-270-150101010Frequency(rad/sec)12103

階躍響應(yīng)曲線如下：

Step Response1.61.41.21Amplitude0.80.60.40.2000.511.5Time(sec)22.533.5 由圖可以看出加入零點(diǎn)之后系統(tǒng)的性能發(fā)生的變化，過渡過程時間變得更長了，超調(diào)量變大了，波動次數(shù)變多了，增加開環(huán)零點(diǎn)，使得原系統(tǒng)根軌跡的整體走向在S平面向右移，使系統(tǒng)穩(wěn)定性得到改善。

四、設(shè)計(jì)小結(jié)

這個設(shè)計(jì)是應(yīng)用了matlab中新的功能，是輔助設(shè)計(jì)閉環(huán)系統(tǒng)根軌跡的仿真軟件Rltool，可以用來進(jìn)行根軌跡校正的一個軟件，在使用的過程中遇到了很多問題，參照著課本，一步一步的進(jìn)行探索，遇到課本上解決不了的，就向同學(xué)和老師詢問，或者在網(wǎng)上搜些資料以幫助自己理解一些概念，從而更快的理解課程設(shè)計(jì)需要做的東西，該如何按照老師的要求做出來，其中需要試一些符合要求的零極點(diǎn)，試了很多次。還要到最后進(jìn)行simulink的仿真，并且編寫了程序，以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的是不是符合要求。

通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，通過編寫程序，用到了以前學(xué)過的知識，對以前所學(xué)知識進(jìn)行了鞏固，覺得非常好，把以前學(xué)過的東西又重新?lián)炱饋?，繼續(xù)用，也為自己的后續(xù)的學(xué)習(xí)之路鋪下基礎(chǔ)，比如說后面的畢業(yè)設(shè)計(jì)可能就會用到matlab。我也感受到了matlab強(qiáng)大的功能，對這個軟件產(chǎn)生了極大的興趣，非常實(shí)用和好玩。這次課程設(shè)計(jì)真的學(xué)到了很多很多，深受啟發(fā)，讓我對以后的學(xué)習(xí)充滿了信心，老師也很敬業(yè)，對我們學(xué)生很負(fù)責(zé)任，耐心教導(dǎo)。