水箱液位ＰＩＤ调节控制系统及实物仿真调试【摘要】在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位与流量得控制问题,例如居民生活用水得供应,饮料、食品加工,溶液过滤，化工生产等多种行业得生产加工过程,通常需要使用蓄液池，蓄液池中得液位需要维持合适得高度,既不能太满溢出造成浪费，也不能过少而无法满足需求。因此液面高度就是工业控制过程中一个重要得参数，特别就是在动态得状态下,采用适合得方法对液位进行检测、控制,能收到很好得效果。PIＤ控制(比例、积分与微分控制)就是目前采用最多得控制方法。【关键词】水箱液位;PID控制;液位控制;Matlａb仿真一.引言在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位与流量得控制问题,例如居民生活用水得供应,饮料、食品加工,溶液过滤,化工生产等多种行业得生产加工过程，通常需要使用蓄液池,蓄液池中得液位需要维持合适得高度,既不能太满溢出造成浪费,也不能过少而无法满足需求。因此液面高度就是工业控制过程中一个重要得参数,特别就是在动态得状态下，采用适合得方法对液位进行检测、控制,能收到很好得效果。本论文利用PIＤ算法在ｍａtｌａｂ中进行仿真并讲解实物搭接效果,具体如下：1、利用指导书中推导得模型与实际得参数,建立水箱液位控制系统得数学模型，并进行线性化；2、构成水箱液位闭环无静差系统,并测其动态性能指标与提出改善系统动态性能得方法,使得系统动态性能指标满足σ％≤10%,<0、５秒,静态误差小于2%；3、通过在matlaｂ编程中求取合适得反馈变量Ｋ，然后与仿真模型结合构成最优控制得水箱液位系统,通过图形分析就是否满足系统得性能参数;4、加入Ｐ、ＰI、ＰD、ＰＩD环节分别进行调试;5、选取合适得极点并通过图形分析就是否满足系统得性能参数;6、比较加入各种不同PID环节下得优缺点；７、实物搭接;8、比较在不加扰动与加扰动情况下以及在各种不同环节作用下系统性能。二.水箱液位控制系统得设计及实物调试该题目包括ＭＡTLAB软件仿真与硬件实物调试部分,软件仿真得目得就是对系统先进行建模,然后设计控制器使其满足任务书上得性能指标要求,并调整控制器参数,分析控制器各参数对系统稳定性得影响。ﻩ硬件调试得目得就是为了实现理论与实践得结合，将仿真得到得心得体会在硬件平台上加以验证,以便得到更加形象具体得认识。在化工及工业锅炉自动控制系统中,有许多问题最终都归结为“水箱系统”得液位控制问题。对“水箱系统”得液位控制问题进行认真与透彻得研究,对从事自动控制系统得工程技术人员来说，具有很要得意义,图１就是水箱液位控制得原理图。图１水箱系统得工艺过程原理图1、软件仿真单元根据图1得原理图与图2系统得结构图，对单容水箱系统建模图2水箱液位控制结构图表１水箱液位系统相关参数参数参数意义参数值1参数值２参数值3参数值4阀体流量比例系数108、５7、５12水箱初始液位高度（)2１、5０、50、７5水箱截面积(）１07、212ﻩ可借助Ｓimulink搭建系统得仿真模型,先对系统进行开环分析,得出相关结论，然后引出闭环控制系统,根据系统得特点，决定采用何种控制器。2水箱液位控制系统图图1中,进水口得阀门由一个调节器控制,以保持水位不变,出口处得阀门由外部操纵,可将其瞧成一个扰动量。符号说明:Q1—水箱流入量Q2—水箱流出量A—水箱截面积U—进水阀开度H—水箱液位高度—水箱初始液位高度—阀体流量比例系数假设f不变,系统初始状态为稳态:则:所以,系统得开环传递函数为系统得开环结构图如图3所示,闭环结构图如图4所示图３水箱液位系统得开环结构图图４水箱液位系统得闭环结构图3、软件仿真过程、图形分析及结论4、未校正前系统得仿真过程、图形分析及结论输入程序:Ｈ=1、5A=7、2Ｋ=8、５ｎｕm=1、1815den=［1，0、48233]ｔ=0:1:15step(ｎｕｍ，deｎ,t)得到开环传递函数得阶跃响应图如下:图5达稳态值10％得时间显示图６达稳态值９0%得时间显示由图可知:该开环传递函数得单位阶跃响应上升时间大大超过所要求得时间,该系统没有达到预期得要求。2、1、3、2加PID校正环节后系统得仿真过程、图形分析及结论(１)加比例控制环节(P)校正后系统得阶跃响应图7比例控制校正后得阶跃响应曲线图8校正环节参数由图可知,当只加入比例环节时,可以满足系统得性能指标,但比要求小得多,会有较大得误差出现。所以，一般不单独加比例环节进行校正。(2）加比例积分控制环节(PI)校正后系统得阶跃响应图９加PI校正环节后系统得阶跃输出响应图10PI校正环节得根轨迹图与伯德图图11PI校正环节得参数由图可知,此时系统校正环节得