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储水罐液位控制系统设计.docx
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百度文库 - 让每个人平等地提升自我
计算机控制技术课程设计说明书
储水罐液位控制系统设计
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百度文库 - 让每个人平等地提升自我
摘要
计算机控制系统是自动控制技术和计算机技术相结合的产物,利用计算机
(通常称为工业控制计算机,简称工控机)来实现生产过程自动控制的系统,它
由控制计算机本体(包括硬件、软件和网络结构)和受控对象两大部分组成。随
着计算机技术和现代控制理论的快速发展,计算机控制技术诞生并迅速蓬勃发展
起来,其应用遍及国防、航空航天、工业、农业、医学等多种领域。本文将利用
计算机控制技术控制储水罐液位 ,具体本文中储水槽液位控制系统设计基于
MCS51 单片机系统而设计,利用单片机强大的功能和方便通信接口,实现水位
检测、电机速度控制,采用 PI 调节误差,进一步对液位控制系统优化,从而实
现怼储水罐液位的计算计控制。
关键字 计算机控制;储水罐;传递函数
1
百度文库 - 让每个人平等地提升自我
目录
1 课程设计说明............................................................................................................3
题目说明................................................................................................................3
设计要求................................................................................................................3
2 控制系统结构框图与工作原理................................................................................4
系统结构框图........................................................................................................4
系统工作原理........................................................................................................4
3 控制系统数学模型与总体控制方案........................................................................5
储水槽数学模型建立............................................................................................5
电机的数学模型建立............................................................................................6
控制系统的传递函数建立....................................................................................7
4 硬件选择....................................................................................................................9
液位传感器的选型................................................................................................9
液位传感器简介............................................................................................9
液位传感器工作原理....................................................................................9
液位传感器选型............................................................................................9
微控制器的选择..................................................................................................10
80C51 电源..................................................................................................11
80C51 时钟..................................................................................................11
80C51 控制线.............................................................................................11
80C51 I/O 接口介绍....................................................................................11
A/D 转换器选择..................................................................................................12
5 硬件电路设计..........................................................................................................13
80C51 单片机外围电路设计..............................................................................14
时钟电路......................................................................................................14
复位电路......................................................................................................14
数码管显示电路..........................................................................................14
A/D 转换电路..............................................................................................15
水泵驱动电路设计..............................................................................................15
电机驱动电路..............................................................................................15
6 软件设计..................................................................................................................17
软件设计概要......................................................................................................17
软件设计模块:..........................................................................................17
模拟 PID 控制原理 .....................................................................................17
软件设计流程图..................................................................................................18
根据题目需要,绘制软件设计流程图如图 6-2 所示......................................18
结论..............................................................................................................................19
参考文献......................................................................................................................20
附录:..........................................................................................................................21
2
百度文库 - 让每个人平等地提升自我
1 课程设计说明
题目说明
被控系统为一储水罐。系统如图 1-1 所示,储水罐内为清水,下部设有出水
管,流量记为 Q 。储水罐通过水泵将清水池内的清水补入罐内,流量记为 Q ,
2 1
清水池内的水位可视为固定值 2 米(即在储水罐补水过程中液位不变化)。已知
储水罐的截面积 A=1 平方米,高度 H=2 米,要求控制目标液位高度为 1 米。
Q
1
目标液位
高度
Q
2
清水池
图 1-1,储水罐系统示意图
设计要求
1 要求控制系统调节时间
t
≤2 分钟,超调量 % ≤10%。
s
2 设计人机接口实时显示。
3
百度文库 - 让每个人平等地提升自我
2 控制系统结构框图与工作原理
系统结构框图
图 2-1,系统结构框图
图 2-1 中的控制器是 PID 控制器,其功能由计算机实现。计算机有强大的运
算,逻辑判断和记忆功能。当给初始量和反馈量后,依照偏差值进行 PID 控制
算法的运算,计算结果经 AD 转换器转换为模拟信号传送给执行机构完成对系统
的控制。
系统工作原理
如图 1-1 所示打开电源水泵工作,将水抽入储水罐中,进水流量为 , 水槽
Q
1
液位高度上升,水槽底部有出水槽,水以流量
Q
的速度流出。水槽中有一个液
2
位控制器测量液位懂的高度,液位传感器将液位高度经 AD 转换器传至计算机与
给定液位高度比较得到偏差,经控制算法计算出相应的控制值,控制信号经 DA
转换器转换为模拟信号控制水泵抽水,从而达到给定的高度。
4
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不吃鸳鸯锅
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