自动控制课程设计
——三容水箱液位控制系统设计
指导老师 李 斌
专 业 电气工程与自动化
姓 名 周 欢
学 号 631224060332
2014 年 12 月
目录 1 问题描述 --------------------------------------------------------------------------------------- 1 2 建立模型 --------------------------------------------------------------------------------------- 2
2.1被控量的选择 ------------------------------------------------------------------------- 2 2.2操控量的选择 ------------------------------------------------------------------------- 2 2.3模型的选择 ---------------------------------------------------------------------------- 3
2.3.1单容水箱数学模型 ----------------------------------------------------------- 3 2.3.2双容水箱的数学模型 -------------------------------------------------------- 5 2.3.3三容水箱的数学模型 -------------------------------------------------------- 6
3 算法描述 --------------------------------------------------------------------------------------- 7
3.1算法选择 ------------------------------------------------------------------------------- 7 3.2控制器设计 ---------------------------------------------------------------------------- 7
3.2.1 PID调节器 ------------------------------------------------------------------- 7
3.2.1.1 PID调节器参数初值-------------------------------------------------- 9 3.2.1.2 PI调节器 ---------------------------------------------------------------- 9 3.2.1.3 PID调节器 ------------------------------------------------------------- 13 3.2.2 串级反馈调节 --------------------------------------------------------------- 13
4 参考文献 -------------------------------------------------------------------------------------- 19
三容水箱液位控制系统的设计
1 问题描述
本次设计以软饮料中的植物蛋白饮料的生产为背景进行设计。 植物蛋白饮料的生产工艺流程图如图1所示。生产过程大致为：原料选取?浸泡?磨浆?过滤?调配?一次均质?二次均质?封装?杀菌?成品。其中过滤、调配、均质均可以在物料罐中进行。其中过滤，调配，均质等均可在物料罐中进行。在过滤环节将植物如大豆浸泡去皮后加入适量水研磨成浆体，经离心过滤机过滤分离，除去残余的豆渣和杂质等。调配环节将过滤后的浆体先加水稀释，然后按比例加配料。均质环节将调配后的浆体经均质机均质，使浆体进一步破碎，更加细腻。在生产过程中，可以将这三个环节看为一个三容水箱模型来进行相应的控制。
高位罐稳定剂白砂糖化糖罐浸泡磨浆200目过滤调配一次均质 (20MPa)缓冲罐二次均质 (38MPa)灌装、封铝膜杀菌
图1 植物蛋白饮料生产流程图
现代生产过程中将检测技术，自动控制理论，通信技术和计算机技术结合在一起组成一套完整的过程控制系统，三容水箱模型简化图如图2所示。
进料口V1泵V2过滤罐F1V3调配罐F2V4出料口均质罐F2
图2 三容水箱模型图
1、物料从上级进料口进入过滤罐；
2、三个物料罐从上至下分别为过滤罐，调配罐和均质罐，三个罐大小相同，底面积均为5m2，高均为6m；
3、罐的出口均在罐体侧面底部且出料口直径均为100mm；
4、进料口的压强为定值，即只要控制V1的开度即可控制流进三容箱系统的物料量，有如下关系：Qin?K?u；其中Qin为进料口流入的物料量，K为比例
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