控制系统仿真设计报告
班 级： 姓 名： 学 号： 学 期： 指导教师：
一、实验目的与要求
控制系统仿真是自动化专业的一门专业实践环节，是《自动控制原理》、《过程控制系统》等课程的补充、延续和提高。是学生接触、设计实际自动控制系统的重要及关键途径。运用现代工程工具和信息技术工具对自动控制系统等复杂电气工程问题进行预测和模拟，并理解其局限性的有效途径。
1.1实验目的
本综合实践的目的是：使学生综合运用《自动控制原理》、《过程控制系统》等课程的所学知识，培养实践动手能力，从而使学生初步能够解决主要涉及自动化专业知识的复杂工程问题。
本环节的重点在于培养学生的MATLAB编程能力及控制系统仿真的能力。通过本次实习，使学生能独立完成MATLAB编程、绘图设计、及控制系统的SIMULINK任务。
1.2实验要求
以并联双容水箱作为被控对象，以第二个水箱液位高度作为被控量，完成从机理模型建立、控制方案确定、仿真调试、仿真分析等过程的训练。
具体要求为：
（1）检索资料，对双容液位系统的建模及控制的发展状况，当前的研究热点，发展趋势有所了解。
（2）运用机理分析法建立双容液位系统的数学模型。
（3）假设时间常数?1?10，?2?15,?12?20,??10,??10，利用SIMULINK搭建该水槽系统的PID控制系统框图，并调节PID控制器的参数，分析各环节对系统性能的影响。
（4）根据控制要求，设计控制器结构，选择合适的控制算法，结合具体数学模型，计算系统所能达到性能指标，利用MATLAB及SIMULINK进行系统仿真，通过仿真掌握控制参数的整定方法，使双容液位系统满足性能指标（超调量<30%，调节时间小于100s）。
（5）撰写实验设计报告、实验报告。
二、实验仪器设备与器件
电脑、MATLAB软件
三、实验原理分析
3.1设计背景
随着我国经济体制的转变，国内的众多过程工业企业日益感受到国际间竞争所带来的威力和挑战。在这种大的背景下，积极开发和应用先进控制和实时优化以提高企业经济效益，进而增强自身的竞争力是过程工业迎接挑战的重要对策。人们对生产过程的自动化控制水平、工业产品和服务产品质量的要求也越来越高。每一个先进、实用控制算法和监测算法的出现都对工业生产具有积极有效的推动作用。然而，当前的学术研究成果与实际生产应用技术水平并不是同步的，通常情况下实际生产中大规模应用的算法要比理论方面的研究滞后几年，甚至有的时候这种滞后相差几十年。这是目前控制领域所面临的最大问题，究其根源主要在于理论研究尚缺乏实际背景的支持，一旦应用于现场就会遇到各种各样的实际问题，制约了其应用。
因而，在目前尚不具有在实验室中实现真实工业过程条件的今天，开发经济实用且具有典型对象特性的实验装置无疑是一条探索将理论成果快速转换为实际应用技术的捷径。多容器流程系统是具有纯滞后的非线性组合系统，是过程控制中的一种典型的控制对象，在实际生产中有着非常广泛的应用背景。用经典控制方法和常规仪表控制这类过程时，常因系统的多输入多输出关系以及系统的内部关联系而使系统构成十分复杂，会明显地降低控制系统的调节品质，在耦合严重的情况时会使各个系统均无法投入运行。水箱液位控制系统是模拟多容器流程系统的多输入多输出、大迟延、非线性、藕合系统，它的液位控制算法的研究对实际的工程应用有着非常重要的意义。因此，在培养学生动手能力的同时，将理论知识通过仿真实践，进行验证研究，通过并联双容水箱的研究，培养动手动脑的综合能力。