双容水箱液位无线监控模型的设计与实现（MATLAB）

比眉伴天荒 2024-04-01 13:24 101阅读 0赞

目 录  
摘 要 I  
ABSTRACT II  
1绪论 1  
1.1 目的及意义 1  
1.2 国内外研究现状 1  
1.2.1 国外研究现状 1  
1.2.2 国内研究现状 2  
1.3研究主要内容 4  
2建立模型 5  
2.1 建立数学模型 5  
2.2 软件操作介绍 7  
2.2.1 LabVIEW简介 7  
2.2.2 MATLAB简介 11  
2.3 传统PID控制器的设计 13  
2.3.1 PID控制原理 13  
2.3.2 PID参数整顿方法 16  
2.3.3 Labview设计传统PID控制器 16  
2.4 数字式PID控制器的设计 18  
2.4.1 位置式PID控制算式 19  
2.4.2 增量式PID控制算式 19  
2.4.3 Labview设计数字式PID控制器 20  
2.5 模糊自适应式PID控制器的设计 23  
2.5.1 模糊自适应PID控制简介 23  
2.5.2 模糊自适应PID控制器的控制原理 23  
2.5.3 Labview设计模糊自适应PID控制器 25  
3硬件设计 28  
3.1硬件选型 28  
3.2整体结构设计 29  
3.3硬件连接图 29  
3.4系统I/O分配表 31  
3.5虚拟仪器Labview和变频参数设置 31  
3.5.1虚拟仪器Labview设置 31  
3.5.2变频器参数设置 32  
4软件设计 34  
4.1软件整体构架 34  
4.2 虚拟仪器Labview软件设计 34  
4.2.1 系统主界面前面板的设计 35  
4.2.2 系统主界面程序框图的设计 36  
4.2.3 双容水箱动画演示界面的设计 37  
4.3 S-7300控制程序设计 38  
4.3.1单环控制程序 39  
4.3.2双环控制程序 43  
结 论 51  
参考文献 52  
致 谢 54  
附录一 传统PID控制器程序图 55  
附录二 数字式PID控制器程序图 58  
附录三 模糊自适应PID控制器程序图 60  
1.3研究主要内容  
本课题以双容水箱液位控制系统为研究对象，以LabVIEW为开发软件，以MATLAB为编程和仿真软件，建立液位控制系统的实验平台，研究传统PID控制、数字式PID控制以及模糊自适应PID控制效果，并基于过程控制实验系统的双水箱液位系统，在计算机控制系统上对该平台进行应用研究。  
(1)完成双容水箱建模；  
(2)设计传统PID控制器；  
(3)设计数字式PID控制器以及模糊自适应PID控制器；  
(4)扩展装置功能。  
在实现了上述内容之后，加上虚拟仪器Labview软件进行调试，并对一些细节方面进行处理。完成了上述各个模块之后，再进行综合设计，整个过程控制系统就是由硬件外围电路和设备加软件控制部分控制的。我们通过PLC编程，再与虚拟仪器Labview软件进行链接，实现一个控制界面，继而控制物理设备的完整控制系统。  
2建立模型  
2.1 建立数学模型  
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图4-1 双容水箱

双容水箱是由两个串联单容水箱构成，如图4-1所示，对其液位的控制具有非线性、延时特性的复杂的不稳定系统。其输入量为调节阀1产生的阀门开度变化，而输出量为第二个水箱的液位增量。来水首先进人第一个水箱，然后从第二个水箱流出，与一个水箱相比，由于增加了一个水箱，被控量的响应在时间上更落后一步，即存在容积延迟，从而导致该过程难以控制。  
3硬件设计  
3.1硬件选型  
本设计硬件主要包括，过程控制系统设备一套（包括三个流动水箱、一个储水水箱、若干水管、开关若干、抽水泵一个等）、流量计一个、电动阀一个、变频器一套等。  
考虑到液位的精度和准确度，本设计采用上海艾特自动化仪表有限公司的MLF-1液位计。  
变频器采用西门子全新一代标准变频器MicroMaster420,它是全新一代模块化设计的多功能标准变频器。它友好的用户界面，本文转载自http://www.biyezuopin.vip/onews.asp?id=11866让你的安装、操作和控制象玩游戏一样灵活方便。全新的IGBT技术、强大的通讯能力、精确的控制性能、和高可靠性都让控制变成一种乐趣。

function RK4_Result = Linear_RK4(h,t0,x0,u0)
    K1=Linear_dxCompute(t0,x0,u0);
    K2=Linear_dxCompute(t0+h/2,x0+h*K1/2,u0);
    K3=Linear_dxCompute(t0+h/2,x0+h*K2/2,u0);
    K4=Linear_dxCompute(t0+h,x0+h*K3,u0);
    RK4_Result = x0 + h*(K1+2*K2+2*K3+K4)/6;

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