摘要三容水箱是一种对在工业生产和生活中常见过程的整体或局部经过高度简化之后获得的一种简单却又有效的物理模型。 本次设计以水平三容水箱实验系统为研究对象，主要研究水平三容水箱系统的建模和控制方法。通过对于水平三容水箱系统的理论建模推导出了水平三容水箱系统的数学模型，并以物质平衡为基础建立了系统的动态方程。为了对水平三容水箱系统实现有效、精确的控制，把获得的三容水箱系统的数学模型与PID控制原理相结合，设计出了基于PID控制原理的三容水箱控制器。通过MATLAB软件对控制器的控制效果进行了仿真和评估，并通过调整该PID控制器的参数以改进控制效果，使系统能够达到最佳的工作状态。86212

毕业论文关键字：三容水箱，数学模型, PID控制，MALAB仿真 

Abstract Three-tank system is a type of simplified physical model used to effectively describe the whole or part of many processes in industrial production and life。 This thesis studies level three-tank systems and focuses on the modeling of such systems and the development of methods that can be used to effectively control these systems。 The mathematical model of these systems is derived based on a theoretical modeling of the system, and the dynamic equation of these systems is established on the basis of material balance。 In order to achieve effective and accurate control of level three--tank water systems, the PID control principle is combined with the obtained mathematical model to develop a controller for these systems。 The control effect of the controller is simulated and evaluated by MATLAB。 The parameters of the PID controller are adjusted to improve the control effects so that a system can achieve its best working state。

Keywords: Three-tank system; mathematical model; PID control; MATLAB simulation

目录

第一章 绪论 1

　　1。1背景 1

　　1。2目的与意义 1

第二章 三容水箱的结构和工作原理 3

　　2。1 三容水箱系统的总体结构 3

　　2。2 三容水箱的工作原理 4

第三章　三容水箱的数学模型 5

　　3。1 单容水箱模型的推导 5

　　3。2 三容水箱模型的推导 7

第四章 PID控制 12

　　4。1 PID控制器 12

　　4。2控制算法的编程 15

　　4。3运行结果与调试 19

总结 23

致谢 24

参考文献 25

附录 27

第一章 绪论

1。1背景

三容水箱系统的开发和研究在控制领域具有非常重要的作用，随着研究的需要和技术的进步，三容水箱实验系统也在不断进行革新，积木式结构、系统开放化、功能完善的三容水箱实验系统成为过程控制实验装置的主流。德国Amira自动化公司研究的三容水箱系统是著名的智能实验设备之一，在国外很多大学和实验室都已得到普遍性的使用，各实验室都利用三容水箱进行了实验教学以及大量的算法研究，这些年以来已有很多报道说明了对于新型控制算法或其他相关的研究在三容水箱上成功应用是可行的。[20]由于三容水箱系统能够在实验过程中精确模拟实际应用中可能会产生的各种故障，所以目前大多数已经发表的文献着眼于解决三容水箱系统的故障诊断和容错控制等方面的问题。