单溶水箱串级控制计算机控制,单容水箱串级控制系统.doc

该文详细介绍了基于单片机的单容水箱液位串级控制系统的硬件和软件设计。系统采用增量式PID算法,通过A/D和D/A转换器、传感器和阀门控制液位,确保液位稳定。在MATLAB中进行了系统仿真,分析了液位控制效果。

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院(系): 电 气 工 程 系

班 级: 生产过程1001班

学 号: 0402100134 0402100139

设计人员: 李腾飞 陈辉

指导教师: 梁 硕

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摘 要

本文根据液位系统过程机理,建立了单容水箱的数学模型。介绍了PID控制的基本原理及数字PID算法,并根据算法的比较选择了增量式PID算法。建立了基于单片机编程语言的PID液位控制模拟界面和算法程序,进行了系统仿真,并通过整定PID参数,利用MATLAB应用软件对系统进行仿真得到图线。

系统由进出水阀门,单片机,A/D转换器,D/A转换器,传感器,显示电路和键盘电路等组成。整个过程保持进水阀的开度比例不变,由传感器检测电路连续不断地相应液位值,送入A/D转换器中处理,输出的数字量送给单片机,控制显示电路实时显示实际液位值,由键盘输入设定值,控制器比较其值控制出水阀门的开度比例,以保持液位稳定在要求范围内。

目 录

TOC \o "1-3" \f \h \z HYPERLINK \l "_Toc280945411" 第1章 绪论4

HYPERLINK \l "_Toc280945412" 第2章 课程设计的方案5

HYPERLINK \l "_Toc280945413" 2.1 概述5

HYPERLINK \l "_Toc280945414" 2.2 系统组成总体结构5

2.3 串级控制系统 6

HYPERLINK \l "_Toc280945415" 第3章 硬件设计9

HYPERLINK \l "_Toc280945416" 3.1 单片机最小系统设计9

HYPERLINK \l "_Toc280945417" 3.2 传感器模块9

HYPERLINK \l "_Toc280945418" 3.3 A/D转换和D/A转换模块9

HYPERLINK \l "_Toc280945419" 3.4 键盘模块9

HYPERLINK \l "_Toc280945420" 3.5 显示模块10

HYPERLINK \l "_Toc280945421" 第4章 软件设计11

HYPERLINK \l "_Toc280945422" 4.1 PID算法12

HYPERLINK \l "_Toc280945423" 4.2 位置式PID控制系统12

HYPERLINK \l "_Toc280945424" 4.3 增量型PID控制算法14

HYPERLINK \l "_Toc280945425" 4.4 PID计算16

HYPERLINK \l "_Toc280945426" 4.5 主程序控制流程17

HYPERLINK \l "_Toc280945427" 4.6 显示部分18

HYPERLINK \l "_Toc280945428" 第5章 系统测试与分析/实验数据及分析20

HYPERLINK \l "_Toc280945429" 5.1 MATLAB程序20

HYPERLINK \l "_Toc280945430" 5.2 MATLAB成象曲线20

HYPERLINK \l "_Toc280945431" 第6章 课程设计总结22

HYPERLINK \l "_Toc280945432" 参考文献22

HYPERLINK \l "_Toc280945433" 附录:系统硬件原理图23

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绪论

过程控制是自动技术的重要应用领域,它是指对液位、温度、流量等过程变量进行控制,在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。尤其是液位控制技术在现实生活、生产中发挥了重要作用,比如,民用水塔的供水,如果水位太低,则会影响居民的生活用水;工矿企业的排水与进水,如

在机器人操作系统(ROS)中,机器视觉是机器人感知和理解周围环境的关键技术。robot_vision功能包专注于这一领域,集成了多种视觉处理技术,包括摄像头标定、OpenCV库应用、人脸识别、物体跟踪、二维码识别和物体识别,极大地拓展了ROS在视觉应用方面的能力。 摄像头标定:作为机器视觉的基础,摄像头标定用于消除镜头畸变并获取相机的内参和外参。在ROS中,camera_calibration包提供了友好的用户界面和算法,帮助计算相机参数矩阵,为后续的图像校正和三维重建提供支持。 OpenCV:OpenCV是一个广泛使用的开源计算机视觉库,在ROS中扮演着重要角色。robot_vision功能包可能包含OpenCV的示例代码和节点,涵盖图像处理、特征检测、模板匹配和图像分割等功能,这些功能对机器人视觉系统至关重要。 人脸识别:ROS中的人脸识别结合了图像处理和机器学习技术。robot_vision可能集成了基于OpenCV的人脸检测算法,如Haar联分类器或Adaboost方法,甚至可能包含深度学习模型(如FaceNet或SSD),帮助机器人实现人脸的识别和跟踪,提升人机交互能力。 物体跟踪:物体跟踪使机器人能够持续关注并追踪特定目标。在ROS中,通常通过卡尔曼滤波器、粒子滤波器或光流法实现。robot_vision功能包可能包含这些算法的实现,助力机器人完成动态目标跟踪任务。 二维码识别:二维码是一种高效的信息编码方式,常用于机器人定位和导航。ROS中的二维码包可用于读取和解析二维码,而robot_vision可能进一步封装了这一功能,使其更易于集成到机器人系统中。 物体识别:作为机器视觉的高应用,物体识别通常涉及深度学习模型,如YOLO、SSD或Faster R-CNN。robot_vision功能包可能包含预训练的模型和对应的ROS节点,使机器人能够识别环境中的特
在MATLAB环境下进行三容水箱液位控制系统的设计时,验证PID参数的调整效果是至关重要的步骤。为了帮助你更好地理解这一过程,建议阅读《MATLAB实现的三容水箱液位控制设计》这篇论文。该资料详细介绍了设计和测试过程,包括PID参数调整和仿真测试的具体方法。 参考资源链接:[MATLAB实现的三容水箱液位控制设计](https://wenku.csdn.net/doc/6mte64u2hf) 首先,需要建立三容水箱的数学模型,并通过MATLAB/Simulink构建系统的动态仿真模型。控制系统由两个PID控制器组成:主PID控制器调整主要液位(例如大水箱液位),副PID控制器调整次要液位(例如小水箱液位)。在MATLAB中,你可以使用pidtune函数来获取初始的PID参数,或者手动设定PID参数。 然后,启动仿真运行,观察系统在不同工作点下的动态响应。可以利用MATLAB的仿真工具箱,如Simulink中自带的Scope模块或者Data Inspector工具来记录和分析液位变化。 在仿真测试中,可以改变PID参数,如比例增益(P)、积分时间(I)和微分时间(D),观察系统响应的变化。例如,增加比例增益可以加快系统响应速度,但过大会导致系统振荡;积分项可以消除稳态误差,但过多的积分作用可能导致系统响应过慢或不稳定;微分项能够预测系统的未来行为,有助于提高系统的动态性能,但过多的微分作用会使系统对噪声敏感。 通过比较不同PID参数设置下的仿真结果,可以选择最佳的PID参数组合,以达到最佳的控制效果。例如,可以使用MATLAB的sim函数多次运行仿真,并利用plot函数绘制出不同参数下的系统响应曲线,便于直观比较。 为了保证系统的鲁棒性,还需要进行系统的鲁棒性分析,例如,通过在系统模型中引入扰动,测试系统在各种扰动下的表现,以确保在实际应用中的稳定性和可靠性。 综上所述,通过MATLAB的仿真测试和参数调整,可以有效地验证和优化三容水箱液位控制系统的PID参数,确保系统的稳定和高效运行。建议在完成本项研究后,进一步学习《MATLAB实现的三容水箱液位控制设计》中的其他高内容,例如,组态技术在控制系统中的应用,以及实际应用案例分析,为将来从事工业自动化领域的工作打下坚实的基础。 参考资源链接:[MATLAB实现的三容水箱液位控制设计](https://wenku.csdn.net/doc/6mte64u2hf)
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