容器水位控制系统的设计

福州大学至诚学院《计算机控制技术》课程设计课设题目：液位控制系统的设计姓名：龚子骐学号：210892057系别：电气工程及其自动化专业：电气工程及其自动化班级：08级2班指导教师：陈康二○一一年十二月十六日-1-目录1.课程设计目的……………………………………………………………22.课程设计题目的描述和要求……………………………………………23.课程设计报告内容………………………………………………………24.软件设计…………………………………………………………………55.实验结论…………………………………………………………………86.心得体会…………………………………………………………………87．参考书目…………………………………………………………………9-2-一.设计的目的通过课程设计，掌握以下知识和技能：1.培养针对课题需要，选择和查阅有关手册.图表及文献资料的自学能力。2.提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力单片机应用系统的硬件设计。3.通过对课题设计熟悉单片机用系统开发.研制的过程，软硬件设计的方法。二．设计要求2.1课程设计的要求和内容（包括原始数据.技术要求.工作要求）1.要求设计液位控制系统，要求无余差，超调小，液位稳定速度快。2.硬件采用51系列单片机，采用阀门作为控制元件。3采用keilc作为编程语言，采用结构化的设计方法2.2课程设计图纸内容及张数1.画出系统控制框图。2.要求用protel设计出硬件电路图。3.画出软件流程图。三．课程设计报告内容3.1模拟PID控制原理在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。为了说明控制器的原理，以图1.1的例子说明。给定输入信号n0(t)与实际输出信号n(t)进行比较，其差值e(t)=n0(t)-n(t),经过PID控制器调整输出控制信号u(t),u(t)对目标进行作用，使其按照期望运行。常规的模拟PID控制系统原理框图如同1.2所示。该系统有模拟PID和被控对象组成。图中r(t)是给定的期望值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值，给定值与实-3-际值构成控制偏差e(t)=r(t)-y(t)。e(t)作为PID控制的输入，u(t)作为PID控制的输出和被控对象的输入。构成PID和被控对象的输入。构成PID控制的规律为：其中：Kp为控制器的比例系数Ti为控制器的积分时间，也称积分系数Td为控制器的未分时间，也称微分系数3.2系统控制框图程序模块-4-3.3protel硬件控制框图-5-四.软件设计4.1设计流程图:主要程序流程说明：主程序首先进行初始化，包括PID参数设定及赋初值。然后循环做执行以下程序：等待延时程序时间到，通过AD转换对反馈值采样，根据设定值减反馈值计算偏差进而计算输出值，根据输出值算出DA的值，以此改变阀门的开度。-6-4.2程序#pragmadboesb#includereg51.h＃includeabsacc.h#defineDAC0832XBYTE[0x7fff]/*定义DAC0832端口地址*/#defineucharunsignedcharsbitA=0;//模拟通道选择位sbitBB=0;sbitC=0;sbitST=P2^2;sbitEOC=P2^1;sbitOE=P2^0;voidad();//模数转换voidPID();//PID计算voiddelay()；//延时inta=0,b=0,out=0;doublep=0.4,i=0.1,d=0;//PID参数设定doubles=0,e0=0,elast=0,in=200;main(){OE=1;while(1){delay（10）;//设置采样时间ad();//模数转换PID();//进行PID运算DAC0832=out;//将运算结果送至数模转换器}}voiddelay(longi)//延时{intj=255;-7-while(i--){for(;j0;j--);}}voidad()//模数转换{ST=0;ST=1;ST=0;//启动转换while(EOC==0);//等待转换结束}voidPID()//PID计算{e0=in-P0;//偏差值out=p*(e0+i*s+d*(e0-elast));//由公式计算输出值s=s+e0;//累计偏差elast=e0;}}-8-五．实验结论测试结果：用KeiluVision3编写程序，经检查成功后，通过编译链接产生*.hex文件，并用Proteus7.5设计绘制电路图，并将生成的*.hex文件导入芯片中，进行仿真。满足无余差，超调小，水位稳定速度快的要求。六．心得体会：本系统主要介绍了液位检测控制，介绍了8051单片机和其它一些单片机在液位控制系统中的应用，介绍了它们的引脚和在系统中的电路图，本设计还采用了多种传感器来对液位信号采集，我设计的硬件系统的结构简化,系统精度高，具有良好的人机交互功能。通过自动调节控制液位。液位控制在设定值上正常运行不需要人工干预，操作人员劳动强度小。由此可以引申出采用单片机设计出的锅炉控制器,能够针对汽包水位的不同状态和不同外界条件进行控制,汽包水位运行稳定、控制品质良好、控制效果明显改善;同时大大提高了控制系统的抗干扰能力,保证了工业锅炉的稳定运行。控制装置具有成本低、抗干扰能力强、控制性能好等优点,且系统硬、软件维护简单方便,尤其适用于工业控制现场,具有良好的应用前景。系统所采用的传感器性能稳定,测量准确,大大简化现场安装,具有较高的性价比,有较大的工程应用价值,而且利用计算机单片机技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。其优越性主要在于：首先，通过对锅炉燃烧过程进行有效控制，使燃烧在合理的空燃比条件下进行，可以提高燃烧效率。由于工业锅炉耗煤量大，燃烧热效率每提高1％都会产生巨大的经济效益。其次，锅炉控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，工业锅炉的微机控制必将得到更加广泛的应用。虽然本次实训是要求自己独立完成，但是，彼此还是脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流。多和同学讨论。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问-9-题的方法，这样可以方便自己解决问题。参考书目：[1]竺可桢.物理学.北京：科学出版社，1973[2]张昆，冯立群，余昌钰，等.机器人柔性手腕的球面齿轮设计研究.沈阳工业大学学报，1994[3]《单片机的C语言应用程序设计》马忠梅北京航空航天出版，2006[4]《计算机控制技术》于海生机械工业出版社，2007[5]《单片机原理及接口技术（第3版）》李朝青北京航空航天大学出版社，2006[6]《51单片机C设计快速入门》田立，田青，代万震人民邮电出版社，2007[7]《51单片机设计实例》楼然苗，李光飞北京航空航天大学出版社，2004[8]《51单片机开发入门与典型实例》王守中人民邮电出版社，2007