水位控制系統(tǒng)

1、學(xué)院：機(jī)械與電子控制工程學(xué)院姓名：曹家皓，陳哲，牛寧宇，顏俏自控原理課程設(shè)計答辯自控原理課程設(shè)計答辯水位自動控制系統(tǒng)2013年12月11日Page 2/15水位自動控制系統(tǒng)水位自動控制系統(tǒng)1.水位自動控制系統(tǒng)的基本組成環(huán)節(jié)水位自動控制系統(tǒng)的基本組成環(huán)節(jié)2.隨動控制系統(tǒng)工作原理隨動控制系統(tǒng)工作原理3.3.元件的選擇元件的選擇4.時域分析時域分析5.幅相頻率特性幅相頻率特性6.奈奎斯特圖奈奎斯特圖7.總結(jié)總結(jié)Page 3/15 系統(tǒng)原理分析系統(tǒng)原理分析 通過放大器的作用經(jīng)由通過放大器的作用經(jīng)由電動機(jī)，減速器，控制閥電動機(jī)，減速器，控制閥（閥門）輸出水量，由于（閥門）輸出水量，由于水缸有進(jìn)水量的擾動

2、，放水缸有進(jìn)水量的擾動，放置浮子作為液位的反饋到置浮子作為液位的反饋到電位器上。電位器電刷位電位器上。電位器電刷位于中點(diǎn)位置時，電動機(jī)不于中點(diǎn)位置時，電動機(jī)不動，控制閥門有一定的開動，控制閥門有一定的開度，使水箱中流入水量與度，使水箱中流入水量與流出水量相等，從而液面流出水量相等，從而液面保持在希望高度上。一旦保持在希望高度上。一旦流入水量或流出水量發(fā)生流入水量或流出水量發(fā)生變化，水箱液面高度便相變化，水箱液面高度便相應(yīng)變化。應(yīng)變化。Page 4/15系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖電動機(jī)電動機(jī)浮子、杠浮子、杠桿定位器桿定位器液面差液面差檢測檢測水箱水箱液面波液面波動檢測動檢測R（s）C（s）（1 1）伺

3、服電位器）伺服電位器 作為常用的位置檢測裝置，將角位移或者直作為常用的位置檢測裝置，將角位移或者直線位移轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號的幅值或相位。伺服線位移轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號的幅值或相位。伺服電位器可作為角位移傳感器。電位器可作為角位移傳感器。 在零初始條件下，對上式求其拉普拉斯變換，在零初始條件下，對上式求其拉普拉斯變換，可求得電位器的傳遞函數(shù)。則其傳遞函數(shù)如下式可求得電位器的傳遞函數(shù)。則其傳遞函數(shù)如下式所示：所示： Page 5/15系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)（2 2）伺服電動機(jī)伺服電動機(jī) 列出其工作方程如下：列出其工作方程如下： 根據(jù)上式對兩邊進(jìn)行拉普拉斯變換，可以求得根據(jù)上式對兩邊進(jìn)行拉普拉斯

4、變換，可以求得其傳遞函數(shù)。則伺服電動機(jī)的傳遞函數(shù)為：其傳遞函數(shù)。則伺服電動機(jī)的傳遞函數(shù)為：Page 6/15系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)Page 7/15元件的選擇元件的選擇（1 1）控制器選擇：伺服電位器）控制器選擇：伺服電位器Page 8/15元件的選擇元件的選擇（1 1）執(zhí)行元件：直流力矩電機(jī)）執(zhí)行元件：直流力矩電機(jī)Page 9/15開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)不考慮校正環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為不考慮校正環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為可見系統(tǒng)是可見系統(tǒng)是I I型系統(tǒng)，在位置輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差為型系統(tǒng)，在位置輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差為零，由于模型誤差、測量元件誤差和穩(wěn)態(tài)擾動誤零，由于模型誤差、測量元件誤差

5、和穩(wěn)態(tài)擾動誤差等的影響，實際系統(tǒng)仍會有一定的靜態(tài)誤差。差等的影響，實際系統(tǒng)仍會有一定的靜態(tài)誤差。 )2)(1 . 0() 1(03. 0WKssssPage 10/15 Matlab Matlab 仿真仿真Page 11/15時域分析時域分析 0100200300400500600700800900100000.20.40.60.811.21.4Page 12/15幅相頻率特性曲線幅相頻率特性曲線 -150-100-50050Magnitude (dB)10-310-210-1100101102-180-135-90-450Phase (deg)Bode DiagramFrequency (rad/s)Page 13/15奈奎斯特圖奈奎斯特圖 -1-0.500.511.5-1.5-1-0.500.511.5Nyquist DiagramReal AxisImaginary AxisPage 14/15根軌跡根軌跡-2.5-2-1.5-1-0.500.5-8-6-4-202468Root LocusReal Axis (seconds-1)Imaginary Axis (seconds-1)Page 15/15總結(jié)總結(jié) 綜合分析可知，本系統(tǒng)超調(diào)量綜合分析可知，本系統(tǒng)超調(diào)量21.61%21.61%，上升時間，上升時間17.5s17.5s，峰值時間峰值時間28.1s28.1s