计算机控制技术课程设计单容水箱液位控制系统设计

供水的蓄水池,维持一定水量,保证冷却供水稳定。通过计算机控制系统对水箱液位进行控制的系统设计。控制器的选择是C51单片机,通过传感器采样并A/D转换,然后通过单片机对数据进行处理,控制阀门开度大小改变流量,达到对水箱水位的控制,主要应用PID算法。Р系统结构Р计算机控制基本的系统框图如图1-1所示:Р图1-1 计算机控制系统框图РFig. 1-1 System block DiagramР根据课题要求,设计简单的系统硬件框图如图1-2所示:Р图1-2 单容水箱硬件系统框图РFig. 1-2 The block diagram of the single volume tank hardware systemР工作原理:控制出水阀门的开度,液位传感器检测液位,与设定值相比得到的差值经过A/D转换,送入单片机中,经过单片机进行PID算法分析,控制显示电路实时显示液位的实际值,信息数据经过D/A转换控制进水阀门的开度。Р2 水箱系统建模Р2.1 水箱结构图Р图2-1 单容水箱结构图РFig. 2-1 The structure diagram of the single capacity water tankР2.2 水箱模型计算Р由图2-1可知,被控对象的被控量为水箱的液位h,控制量(输入量)是流入水箱中的流量Q1,,Q2为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系,在平衡状态时РQ10-Q20=0 (2-1)Р动态时,则有РQ1-Q2=dVdt (2-2)Р式中V为水箱的容积,dVdt为水贮存量的变化率,它与h的关系为dV=Adh,即РdVdt=Adhdt (2-3)РA为水箱底面积。把式(2-3)代入式(2-2)得РQ1-Q2=Adhdt (2-4)Р基于Q2=hRs,Rs为下阀的液阻,则式(2-4)可改写为РQ1-hRs=AdhdtР即РARsdhdt+h=KQi (2-5)Р或