水箱流量控制系统校正装置设计

A. 常用的电气校正装置

控制工程中用得最广的是电气校正装置，它不但可应用于电的控制系统， 而且通过将非电量信号转换成电量信号，还可应用于非电的控制系统。控制系统 的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。校正装置可 以补偿系统不可变动部分（由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分）在特 性上的缺陷，使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。常用的性能指标 形式可以是时间域的指标，如上升时间、超调量、过渡过程时间等（见过渡过程）， 也可以是频率域的指标，如相角裕量、增益裕量（见相对稳定性）、谐振峰值、 带宽（见频率响应）等。 常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。 在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。各类 校正装置的特性可用它们的传递函数来表示，此外也常采用频率响应的波德图来 表示。不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用，以满足不同要求的控制 系统在改善特性上的需要。在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中， 串联校正装置采用有源网络的形式，并且制成通用性的调节器，称为PID（比例 -积分-微分）调节器，它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。 自动控制原理课程设计 第一章 课程设计的目的及题目 -2- 一、课程设计的目的及题目 1.1 课程设计的目的 1）掌握自动控制原理的时域分析法，根轨迹法，频域分析法，以及各种补 偿（校正）装置的作用及用法，能够利用不同的分析法对给定系统进行性能分 析，能根据不同的系统性能指标要求进行合理的系统设计，并调试满足系统的 指标。 2）学会使用MATLAB 语言及Simulink 动态仿真工具进行系统仿真与调试。 1.2 课程设计的题目 已知单位负反馈系统的开环传递函数 0 K ( ) ( 1 0 ) ( 6 0 ) G S S S S    ，试用频率法 设计串联超前——滞后校正装置，使（1）输入速度为 1 r ad s 时，稳态误差不大 于 1 126 rad 。(2)相位裕度 0 3 0   ，截止频率为 20 rad s 。（3）放大器的增益不 变。 自动控制原理课程设计 第二章 课程设计的任务及要求 -3- 二、课程设计的任务及要求 2.1 课程设计的任务 设计报告中，根据给定的性能指标选择合适的校正方式对原系统进行校正 （须写清楚校正过程），使其满足工作要求。然后利用MATLAB 对未校正系统和 校正后系统的性能进行比较分析，针对每一问题分析时应写出程序，输出结果图 和结论。最后还应写出心得体会与参考文献等。 2.2 课程设计的要求 1）首先，根据给定的性能指标选择合适的校正方式对原系统进行校正，使 其满足工作要求。要求程序执行的结果中有校正装置传递函数和校正后系统开环 传递函数，校正装置的参数T，  等的值。 2）利用MATLAB 函数求出校正前与校正后系统的特征根，并判断其系统是 否稳定，为什么? 3）利用MATLAB 作出系统校正前与校正后的单位脉冲响应曲线，单位阶跃 响应曲线，单位斜坡响应曲线，分析这三种曲线的关系。求出系统校正前与校正 后的动态性能指标σ%、tr、tp、ts 以及稳态误差的值，并分析其有何变化。 4）绘制系统校正前与校正后的根轨迹图，并求其分离点、汇合点及与虚轴 交点的坐标和相应点的增益 K  值，得出系统稳定时增益 K  的变化范围。绘制系 统校正前与校正后的Nyquist 图，判断系统的稳定性，并说明理由。 5）绘制系统校正前与校正后的Bode 图，计算系统的幅值裕量，相位裕量， 幅值穿越频率和相位穿越频率。判断系统的稳定性，并说明理由。 自动控制原理课程设计

B. 控制系统校正方法的概述

控制系统校正方法
correction methods of control systems
在控制工程中用得最广的是电气校正装置，它不但可应用于电的控制系统，而且通过将非电量信号转换成电量信号，还可应用于非电的控制系统。控制系统的设计问题常常可以归结为设计适当类型和适当参数值的校正装置。校正装置可以补偿系统不可变动部分（由控制对象、执行机构和量测部件组成的部分）在特性上的缺陷，使校正后的控制系统能满足事先要求的性能指标。常用的性能指标形式可以是时间域的指标，如上升时间、超调量、过渡过程时间等（见过渡过程），也可以是频率域的指标，如相角裕量、增益裕量（见相对稳定性）、谐振峰值、带宽（见频率响应）等。

C. 题目是“水箱水位自动控制系统的设计”翻译成因为。

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

翻译供参

D. 给水箱的设计要点

1)、 符合设计容积（有效容积）要求，能承受箱内静水压力，耐腐蚀；设置符合使用功能要求的配管和附件，便于施工安装、维护管理和检修。
2)、当供应生活和直接饮用水时给水箱应满足卫生要求。
3）、应根据贮水水质要求选用不同材料和防腐蚀处理的给水箱。生活和直接饮用水箱必须出具符合卫生要求的检验证据（卫生检疫部门的卫生批件和证明文件）。一般情况下，生活饮用水箱宜选用不锈钢板水箱；消防、中水系统宜选用热镀锌钢板水箱和玻璃钢板水箱。
4）、应根据工程项目的施工现场条件选用不同类型给水箱。装配式水箱易于现场安装。整体组焊成型不锈钢给水箱，当容积≤100m时，箱内可不设拉撑，以便于人工清洗。
5）、水箱的有效容积和水箱公称容积
低位水箱有效容积应根据调节水量确定，其值应按进水量和用水量的变化曲线经计算确定。资料不足时，可按最高日用水量的20%～25%确定。当建筑物内采用部分直供、部分升压供水方案时，上述最高日用水量应按需升压供水的那部分用水量计算。
生活高位水箱的有效容积亦应按进水量和用水量的变化曲线经计算确定。资料不足时，外网夜间直接进水的高位水箱的有效容积是按供水的用水人数和最高日用水定额确定，也就是按其白天全部由水箱供水量确定。当水泵为自动控制时，生活用水高位水箱宜按水箱供水区域内的最大小时用水量的50%取用；当水泵为人工手动控制时，高位生活水箱有效容积宜按水箱供水区域的最高日用水量的12%取用；单独设置高位生活水箱时，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，也可按夜间进水白天全部由水箱供水确定。
生活消防合用水箱或专用消防水箱贮备水量应按现行的有关防火规范及有关规定确定。
水箱公称容积为箱体尺寸长×宽×高。
6）、水箱应设置的配管和必要附件为：进水管、出水管、溢流管、泄水管、通气管、水位信号装置、上锁人孔、内外人梯等。
（1）、进水管管径按流速0.8～1.2m/s经计算确定。进水管最大管径不得大于150mm;当大于150mm 时，应设计成两个以上进水管
（2）、出水管管径应按给水系统设计秒流量确定。
（3）、溢流管管径一般按大于进水管1～2号确定。溢流管管口最低部位应高于水箱最高水位20mm，距箱顶150～200m为宜。溢流管在接入排水系统时应设置空气隔断，以防止排水管系统的臭气和污物的污染。
（4）、泄水管是为水箱清洗或事故检修时放空水箱中的水而设置的。泄水管安装在箱底最低处，管径一般不小于50mm。在泄水管上应设阀门。泄水管和排水系统连接时，应在连接处设置空气隔断。
（5）、通气管使水箱和大气连通，使水箱内空间有新鲜空气对流换气，在水箱进水时排气，出水时进气，使水箱内保持压力平衡。通气管一般设置两根，管径不应小于50mm为宜。
（6）、水位信号装置是反映水箱内水位的水位指示装置，以供观察。有玻璃管液位计及磁耦合液位计等。
（7）、人孔不得小于500mm并设置能够锁定的人孔盖，以保证水箱卫生安全。当水箱高度大于1500mm时，应在人孔处设置内外人梯。
7）、在《二次供水设施卫生规范》中规定，水箱容积的设计不得超过用户48h 的用水量，有条件的单位应采取消毒措施。消毒措施可选用紫外线、次氯酸钠、二氧化氯和自洁消毒器等方法。
8）、热水箱应考虑保热保温；冷水箱应考虑防结露措施，当在冬季不采暖的水箱间内设置水箱时，应采用防冻的保温措施。
9）、水箱的防腐蚀涂料要满足卫生指标的要求，其适用涂料有环氧涂料、瓷釉涂料等材料。
10）、水箱的支撑结构的选择应与建筑和结构设计相协调。

E. 系统的校正与综合 实验设计

先画出原函数的波特图，然后采用超前校正，使校正后的波特图符合要求即可。

F. 控制系统校正方法的校正方式

按校正装置在控来制系源统中的连接方式，校正方式可分为串联校正和并联校正。如果校正装置(传递函数用 Gc(s)表示)和系统不可变动部分(其传递函数用G0(s)表示)按串联方式相连接（图1a），即称为串联校正。如果校正装置连接在系统的一个反馈回路内(图1b）,则称为并联校正或反馈校正。图中G1(s)和G2(s)分别表示系统不可变动部分中各部件的传递函数。一般说来，串联校正比并联校正简单。但是串联校正装置常有严重的增益衰减，因此采用串联校正往往同时需要引入附加放大器，以提高增益并起隔离作用。对于并联校正，信号总是从功率较高的点传输到功率较低的点，无须引入附加放大器，所需元件数目常比串联校正为少。在控制系统设计中采用哪种校正，常取决于校正要求、信号性质、系统各点功率、可选用的元件和经济性等因素。

G. 请你设计一个供水水箱的水位自动控制系统(简图说明)并画出此控制系统的方框图

一中的....不该释.....

最佳给我啊~校友啊~~

H. 控制系统校正方法的串联校正装置

常用的串联校正装置有超前校正、滞后校正、滞后-超前校正三种类型。在许多情况下,它们都是由电阻、电容按不同方式连接成的一些四端网络。各类校正装置的特性可用它们的传递函数来表示，此外也常采用频率响应的波德图来表示。不同类型的校正装置对信号产生不同的校正作用，以满足不同要求的控制系统在改善特性上的需要。下表列出三类校正装置的典型线路、传递函数、频率响应的波德图和各自的校正作用。在工业控制系统如温度控制系统、流量控制系统中，串联校正装置采用有源网络的形式，并且制成通用性的调节器，称为PID（比例-积分-微分）调节器,它的校正作用与滞后-超前校正装置类同。

I. 基于现场总线的液位控制系统的设计

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J. 控制系统校正方法的基本方法

常用的基本方法有根轨迹法和频率响应法两种。
①轨迹法设计校正装置当性能指标以时间域量值（超调量、上升时间、过渡过程时间等）给出时，采用根轨迹法进行设计一般较为有效。设计时，先根据性能指标，在s的复数平面上,确定出闭环主导极点对的位置。随后，画出未加校正时系统的根轨迹图，用它来确定只调整系统增益值能否产生闭环主导极点对。如果这样做达不到目的，就需要引入适当的校正装置。校正装置的类型和参数，根据根轨迹在闭环主导极点对附近的形态进行选取和计算确定。一旦校正装置决定后，就可画出校正后系统的根轨迹图，以确定除主导极点对以外的其他闭环极点。当其他闭环极点对系统过渡过程性能只产生很小影响时，可认为设计已完成，否则还须修正设计。
②用频率响应法设计校正装置在采用频率响应法进行设计时,常选择频率域的性能如相角裕量、增益裕量、带宽等作为设计指标。如果给定性能指标为时间域的形式，则应先化成等价的频率域形式。通常，设计是在波德图上进行的。在波德图上，先画出满足性能指标的期望对数幅值特性曲线，它由三个部分组成：低频段用以表征闭环系统应具有的稳态精度；中频段表征闭环系统的相对稳定性如相角裕量和增益裕量等，它是期望对数幅值特性中的主要部分；高频段表征系统的复杂性。然后，在同一波德图上，再画出系统不可变动部分的对数幅值特性曲线，它是根据其传递函数来作出的。所需串联校正装置的特性曲线即可由这两条特性曲线之差求出，在经过适当的简化后可定出校正装置的类型和参数值。
不论是采用根轨迹法还是频率响应法，设计中常常有一个反复的修正过程，其中设计者的经验起着重要的作用。设计的结果也往往不是唯一的，需要结合性能、成本、体积等方面的考虑，选择一种合理的方案。
在控制系统校正装置的设计中，有时也采用巴特沃思极点配置法。采用这种方法时，把校正后控制系统的闭环传递函数取为如下期望形式：
上式的特点是：G(s)的分子为1,不包含零点；G(s)的分母为零的代数方程Bn(s)=0的根（即G(s)的极点）均匀地分布在 s的复数平面上以原点为圆心的左半单位圆上。图2画出的是n=1，2，3，4的情况。按巴特沃思法设计时，可先选择校正装置的类型，使校正后控制系统的传递函数中只有极点而无零点，然后进一步将其变换为上面列出的巴特沃思标准形，再通过简单的计算来定出校正装置的参数值。