水箱流量控制系統校正裝置設計

A. 常用的電氣校正裝置

控制工程中用得最廣的是電氣校正裝置，它不但可應用於電的控制系統， 而且通過將非電量信號轉換成電量信號，還可應用於非電的控制系統。控制系統 的設計問題常常可以歸結為設計適當類型和適當參數值的校正裝置。校正裝置可 以補償系統不可變動部分（由控制對象、執行機構和量測部件組成的部分）在特 性上的缺陷，使校正後的控制系統能滿足事先要求的性能指標。常用的性能指標 形式可以是時間域的指標，如上升時間、超調量、過渡過程時間等（見過渡過程）， 也可以是頻率域的指標，如相角裕量、增益裕量（見相對穩定性）、諧振峰值、 帶寬（見頻率響應）等。 常用的串聯校正裝置有超前校正、滯後校正、滯後-超前校正三種類型。 在許多情況下,它們都是由電阻、電容按不同方式連接成的一些四端網路。各類 校正裝置的特性可用它們的傳遞函數來表示，此外也常採用頻率響應的波德圖來 表示。不同類型的校正裝置對信號產生不同的校正作用，以滿足不同要求的控制 系統在改善特性上的需要。在工業控制系統如溫度控制系統、流量控制系統中， 串聯校正裝置採用有源網路的形式，並且製成通用性的調節器，稱為PID（比例 -積分-微分）調節器，它的校正作用與滯後-超前校正裝置類同。 自動控制原理課程設計 第一章 課程設計的目的及題目 -2- 一、課程設計的目的及題目 1.1 課程設計的目的 1）掌握自動控制原理的時域分析法，根軌跡法，頻域分析法，以及各種補 償（校正）裝置的作用及用法，能夠利用不同的分析法對給定系統進行性能分 析，能根據不同的系統性能指標要求進行合理的系統設計，並調試滿足系統的 指標。 2）學會使用MATLAB 語言及Simulink 動態模擬工具進行系統模擬與調試。 1.2 課程設計的題目 已知單位負反饋系統的開環傳遞函數 0 K ( ) ( 1 0 ) ( 6 0 ) G S S S S    ，試用頻率法 設計串聯超前——滯後校正裝置，使（1）輸入速度為 1 r ad s 時，穩態誤差不大 於 1 126 rad 。(2)相位裕度 0 3 0   ，截止頻率為 20 rad s 。（3）放大器的增益不 變。 自動控制原理課程設計 第二章 課程設計的任務及要求 -3- 二、課程設計的任務及要求 2.1 課程設計的任務 設計報告中，根據給定的性能指標選擇合適的校正方式對原系統進行校正 （須寫清楚校正過程），使其滿足工作要求。然後利用MATLAB 對未校正系統和 校正後系統的性能進行比較分析，針對每一問題分析時應寫出程序，輸出結果圖 和結論。最後還應寫出心得體會與參考文獻等。 2.2 課程設計的要求 1）首先，根據給定的性能指標選擇合適的校正方式對原系統進行校正，使 其滿足工作要求。要求程序執行的結果中有校正裝置傳遞函數和校正後系統開環 傳遞函數，校正裝置的參數T，  等的值。 2）利用MATLAB 函數求出校正前與校正後系統的特徵根，並判斷其系統是 否穩定，為什麼? 3）利用MATLAB 作出系統校正前與校正後的單位脈沖響應曲線，單位階躍 響應曲線，單位斜坡響應曲線，分析這三種曲線的關系。求出系統校正前與校正 後的動態性能指標σ%、tr、tp、ts 以及穩態誤差的值，並分析其有何變化。 4）繪制系統校正前與校正後的根軌跡圖，並求其分離點、匯合點及與虛軸 交點的坐標和相應點的增益 K  值，得出系統穩定時增益 K  的變化范圍。繪制系 統校正前與校正後的Nyquist 圖，判斷系統的穩定性，並說明理由。 5）繪制系統校正前與校正後的Bode 圖，計算系統的幅值裕量，相位裕量， 幅值穿越頻率和相位穿越頻率。判斷系統的穩定性，並說明理由。 自動控制原理課程設計

B. 控制系統校正方法的概述

控制系統校正方法
correction methods of control systems
在控制工程中用得最廣的是電氣校正裝置，它不但可應用於電的控制系統，而且通過將非電量信號轉換成電量信號，還可應用於非電的控制系統。控制系統的設計問題常常可以歸結為設計適當類型和適當參數值的校正裝置。校正裝置可以補償系統不可變動部分（由控制對象、執行機構和量測部件組成的部分）在特性上的缺陷，使校正後的控制系統能滿足事先要求的性能指標。常用的性能指標形式可以是時間域的指標，如上升時間、超調量、過渡過程時間等（見過渡過程），也可以是頻率域的指標，如相角裕量、增益裕量（見相對穩定性）、諧振峰值、帶寬（見頻率響應）等。

C. 題目是「水箱水位自動控制系統的設計」翻譯成因為。

Automatic-control System Design for Water Level as of the Water Tank

翻譯供參

D. 給水箱的設計要點

1)、 符合設計容積（有效容積）要求，能承受箱內靜水壓力，耐腐蝕；設置符合使用功能要求的配管和附件，便於施工安裝、維護管理和檢修。
2)、當供應生活和直接飲用水時給水箱應滿足衛生要求。
3）、應根據貯水水質要求選用不同材料和防腐蝕處理的給水箱。生活和直接飲用水箱必須出具符合衛生要求的檢驗證據（衛生檢疫部門的衛生批件和證明文件）。一般情況下，生活飲用水箱宜選用不銹鋼板水箱；消防、中水系統宜選用熱鍍鋅鋼板水箱和玻璃鋼板水箱。
4）、應根據工程項目的施工現場條件選用不同類型給水箱。裝配式水箱易於現場安裝。整體組焊成型不銹鋼給水箱，當容積≤100m時，箱內可不設拉撐，以便於人工清洗。
5）、水箱的有效容積和水箱公稱容積
低位水箱有效容積應根據調節水量確定，其值應按進水量和用水量的變化曲線經計算確定。資料不足時，可按最高日用水量的20%～25%確定。當建築物內採用部分直供、部分升壓供水方案時，上述最高日用水量應按需升壓供水的那部分用水量計算。
生活高位水箱的有效容積亦應按進水量和用水量的變化曲線經計算確定。資料不足時，外網夜間直接進水的高位水箱的有效容積是按供水的用水人數和最高日用水定額確定，也就是按其白天全部由水箱供水量確定。當水泵為自動控制時，生活用水高位水箱宜按水箱供水區域內的最大小時用水量的50%取用；當水泵為人工手動控制時，高位生活水箱有效容積宜按水箱供水區域的最高日用水量的12%取用；單獨設置高位生活水箱時，可按最大日最大高峰一段用水量或全天用水量的1/2取用，也可按夜間進水白天全部由水箱供水確定。
生活消防合用水箱或專用消防水箱貯備水量應按現行的有關防火規范及有關規定確定。
水箱公稱容積為箱體尺寸長×寬×高。
6）、水箱應設置的配管和必要附件為：進水管、出水管、溢流管、泄水管、通氣管、水位信號裝置、上鎖人孔、內外人梯等。
（1）、進水管管徑按流速0.8～1.2m/s經計算確定。進水管最大管徑不得大於150mm;當大於150mm 時，應設計成兩個以上進水管
（2）、出水管管徑應按給水系統設計秒流量確定。
（3）、溢流管管徑一般按大於進水管1～2號確定。溢流管管口最低部位應高於水箱最高水位20mm，距箱頂150～200m為宜。溢流管在接入排水系統時應設置空氣隔斷，以防止排水管系統的臭氣和污物的污染。
（4）、泄水管是為水箱清洗或事故檢修時放空水箱中的水而設置的。泄水管安裝在箱底最低處，管徑一般不小於50mm。在泄水管上應設閥門。泄水管和排水系統連接時，應在連接處設置空氣隔斷。
（5）、通氣管使水箱和大氣連通，使水箱內空間有新鮮空氣對流換氣，在水箱進水時排氣，出水時進氣，使水箱內保持壓力平衡。通氣管一般設置兩根，管徑不應小於50mm為宜。
（6）、水位信號裝置是反映水箱內水位的水位指示裝置，以供觀察。有玻璃管液位計及磁耦合液位計等。
（7）、人孔不得小於500mm並設置能夠鎖定的人孔蓋，以保證水箱衛生安全。當水箱高度大於1500mm時，應在人孔處設置內外人梯。
7）、在《二次供水設施衛生規范》中規定，水箱容積的設計不得超過用戶48h 的用水量，有條件的單位應採取消毒措施。消毒措施可選用紫外線、次氯酸鈉、二氧化氯和自潔消毒器等方法。
8）、熱水箱應考慮保熱保溫；冷水箱應考慮防結露措施，當在冬季不採暖的水箱間內設置水箱時，應採用防凍的保溫措施。
9）、水箱的防腐蝕塗料要滿足衛生指標的要求，其適用塗料有環氧塗料、瓷釉塗料等材料。
10）、水箱的支撐結構的選擇應與建築和結構設計相協調。

E. 系統的校正與綜合 實驗設計

先畫出原函數的波特圖，然後採用超前校正，使校正後的波特圖符合要求即可。

F. 控制系統校正方法的校正方式

按校正裝置在控來制系源統中的連接方式，校正方式可分為串聯校正和並聯校正。如果校正裝置(傳遞函數用 Gc(s)表示)和系統不可變動部分(其傳遞函數用G0(s)表示)按串聯方式相連接（圖1a），即稱為串聯校正。如果校正裝置連接在系統的一個反饋迴路內(圖1b）,則稱為並聯校正或反饋校正。圖中G1(s)和G2(s)分別表示系統不可變動部分中各部件的傳遞函數。一般說來，串聯校正比並聯校正簡單。但是串聯校正裝置常有嚴重的增益衰減，因此採用串聯校正往往同時需要引入附加放大器，以提高增益並起隔離作用。對於並聯校正，信號總是從功率較高的點傳輸到功率較低的點，無須引入附加放大器，所需元件數目常比串聯校正為少。在控制系統設計中採用哪種校正，常取決於校正要求、信號性質、系統各點功率、可選用的元件和經濟性等因素。

G. 請你設計一個供水水箱的水位自動控制系統(簡圖說明)並畫出此控制系統的方框圖

一中的....不該釋.....

最佳給我啊~校友啊~~

H. 控制系統校正方法的串聯校正裝置

常用的串聯校正裝置有超前校正、滯後校正、滯後-超前校正三種類型。在許多情況下,它們都是由電阻、電容按不同方式連接成的一些四端網路。各類校正裝置的特性可用它們的傳遞函數來表示，此外也常採用頻率響應的波德圖來表示。不同類型的校正裝置對信號產生不同的校正作用，以滿足不同要求的控制系統在改善特性上的需要。下表列出三類校正裝置的典型線路、傳遞函數、頻率響應的波德圖和各自的校正作用。在工業控制系統如溫度控制系統、流量控制系統中，串聯校正裝置採用有源網路的形式，並且製成通用性的調節器，稱為PID（比例-積分-微分）調節器,它的校正作用與滯後-超前校正裝置類同。

I. 基於現場匯流排的液位控制系統的設計

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J. 控制系統校正方法的基本方法

常用的基本方法有根軌跡法和頻率響應法兩種。
①軌跡法設計校正裝置當性能指標以時間域量值（超調量、上升時間、過渡過程時間等）給出時，採用根軌跡法進行設計一般較為有效。設計時，先根據性能指標，在s的復數平面上,確定出閉環主導極點對的位置。隨後，畫出未加校正時系統的根軌跡圖，用它來確定只調整系統增益值能否產生閉環主導極點對。如果這樣做達不到目的，就需要引入適當的校正裝置。校正裝置的類型和參數，根據根軌跡在閉環主導極點對附近的形態進行選取和計算確定。一旦校正裝置決定後，就可畫出校正後系統的根軌跡圖，以確定除主導極點對以外的其他閉環極點。當其他閉環極點對系統過渡過程性能只產生很小影響時，可認為設計已完成，否則還須修正設計。
②用頻率響應法設計校正裝置在採用頻率響應法進行設計時,常選擇頻率域的性能如相角裕量、增益裕量、帶寬等作為設計指標。如果給定性能指標為時間域的形式，則應先化成等價的頻率域形式。通常，設計是在波德圖上進行的。在波德圖上，先畫出滿足性能指標的期望對數幅值特性曲線，它由三個部分組成：低頻段用以表徵閉環系統應具有的穩態精度；中頻段表徵閉環系統的相對穩定性如相角裕量和增益裕量等，它是期望對數幅值特性中的主要部分；高頻段表徵系統的復雜性。然後，在同一波德圖上，再畫出系統不可變動部分的對數幅值特性曲線，它是根據其傳遞函數來作出的。所需串聯校正裝置的特性曲線即可由這兩條特性曲線之差求出，在經過適當的簡化後可定出校正裝置的類型和參數值。
不論是採用根軌跡法還是頻率響應法，設計中常常有一個反復的修正過程，其中設計者的經驗起著重要的作用。設計的結果也往往不是唯一的，需要結合性能、成本、體積等方面的考慮，選擇一種合理的方案。
在控制系統校正裝置的設計中，有時也採用巴特沃思極點配置法。採用這種方法時，把校正後控制系統的閉環傳遞函數取為如下期望形式：
上式的特點是：G(s)的分子為1,不包含零點；G(s)的分母為零的代數方程Bn(s)=0的根（即G(s)的極點）均勻地分布在 s的復數平面上以原點為圓心的左半單位圓上。圖2畫出的是n=1，2，3，4的情況。按巴特沃思法設計時，可先選擇校正裝置的類型，使校正後控制系統的傳遞函數中只有極點而無零點，然後進一步將其變換為上面列出的巴特沃思標准形，再通過簡單的計算來定出校正裝置的參數值。