雙容水箱液位控制系統設計

在我國隨著社會的發展，很早就實行了自動化控制。而在我國液位控制系統也得到了廣泛應用，特別是水箱液位控制還在黃河治水中得到了利用，通過液位控制系統檢測黃河的水位高低，以免黃河水位過高而在不了解的情況下，給我們人民帶來生命危險和財產損失。本文為大家介紹一個雙容水箱液位控制系統設計。

方案設計

設計建立的串級控制系統由主副兩個控制回路組成，每一個回路又有自己的調節器和控制對象。主回路中的調節器稱主調節器，控制主對象。副回路中的調節器稱副調節器，控制副對象。主調節器有自己獨立的設定值R，他的輸出m1作為副調節器的給定值，副調節器的輸出m2控制執行器，以改變主參數c2.通過針對雙容水箱液位被控過程設計串級控制系統，將努力使系統的輸出響應在穩態時系統的被控制量等于給定值，實現無差調節，并且使系統具有良好的動態性能，較塊的響應速度。當有擾動f1（t）作用于副對象時，副調節器能在擾動影響主控參數之前動作，及時克服進入副回路的各種二次擾動，當擾動f2（t）作用于主對象時，由于副回路的存在也應使系統的響應加快，使主回路控制作用加強。

串級控制系統框圖

（1）被控參數的選擇

應選擇被控過程中能直接反映生產過程能夠中的產品產量和質量，又易于測量的參數。在雙容水箱控制系統中選擇下水箱的液位為系統被控參數，因為下水箱的液位是整個控制作用的關鍵，要求液位維持在某給定值上下。如果其調節欠妥當，會造成整個系統控制設計的失敗，且現在對于液位的測量有成熟的技術和設備，包括直讀式液位計、浮力式液位計、靜壓式液位計、電磁式液位計、超聲波式液位計等。

（2）控制參數的選擇

從雙容水箱系統來看，影響液位有兩個量，一是通過上水箱流入系統的流量，二是經下水箱流出系統的流量。調節這兩個流量都可以改變液位的高低。但當電動調節閥突然斷電關斷時，后一種控制方式會造成長流水，導致水箱中水過多溢出，造成浪費或事故。所以選擇流入系統的流量作為控制參數更合理一些。

（3）主副回路設計

為了實現液位串級控制，使用雙閉環結構。副回路應對于包含在其內的二次擾動以及非線性參數、較大負荷變化有很強的抑制能力與一定的自適應能力。主副回路時間常數之比應在3到10之間，以使副回路既能反應靈敏，又能顯著改善過程特性。下水箱容量滯后與上水箱相比較大，而且控制下水箱液位是系統設計的核心問題，所以選擇主對象為下水箱，副對象為上水箱，。

（4）控制器的選擇

根據雙容水箱液位系統的過程特性和數學模型選擇控制器的控制規律。為了實現液位串級控制，使用雙閉環結構，主調節器選擇比例積分微分控制規律（PID），對下水箱液位進行調節，副調節器選擇比例控制率（P），對上水箱液位進行調節，并輔助主調節器對于系統進行控制，整個回路構成雙環負反饋系統。