计算机控制课程设计---水位控制系统

计算机控制系统与DCS

课程设计说明书

专业：电气工程及其自动化

班级：（1）班

姓名：某某某

学号：200x

课程设计项目名称：水位控制系统

所用软件：监控组太软件（MGCS）

同组人：无

时间：

密码：

目录

一、任务介绍 (2)

二、课题分析 (3)

三、所用软件介绍 (4)

1、什么是MCGS (4)

2、MCGS软件系统的系统成 (5)

3、MCGS软件的功能和特点 (6)

4、MCGS软件的工作方式 (8)

四、设计过程 (8)

1、建立MCGS新工程：水位控制系统 (8)

2、设计画面流程 (9)

3、让动画动起来 (10)

4、模拟设备 (12)

5、编写控制流程 (13)

6、报警显示与报警数据 (14)

7、报表输出 (16)

8、曲线显示 (17)

9、安全机制 (18)

五、设计的各个过程及结果记录 (19)

六．设计总结 (25)

一.任务介绍：

1.掌握MCGS通用版的基本操作，完成工程分析及变量定义；

2.掌握简单界面设计，完成数据对象定义及动画连接；

3.掌握模拟设备连接方法，完成简单脚本程序编写及报警显示；

4.掌握制作工程报表及曲线方法。

5、用MCGS完成如图1-1所示水位控制系统设计、仿真运行

（1）建立水位控制系统工程文件

（2）完成水位控制系统的画面制作，实现动画控制效果。

（3）能实现动画水位控制系统自动运行。编写控制流程

控制要求：

1》当“水罐1”的液位达到9米时，就要把“水泵”关闭，否则就要自动启动“水泵”。当“水罐2”的液位不足1米时，就要自动关闭“出水阀”，否则自动开启“出水阀”。当“水罐1”的液位大于1米，同时“水罐2”的液位小于6米就要自动开启“调节阀”，否则自动关闭“调节阀”。

2》策略组态在“运行策略”中，双击“循环策略”进入，双击图标进入“策略属性设置”，如图1-29，只需要把“循环时间”设为：200ms。

（4）掌握MCGS实时报表的制作方法；

掌握MCGS历史报表的制作方法；

掌握MCGS实时曲线的制作方法；

二.课题分析：

分析水位控制系统工程的运行流程和具体实现的功能

工程项目系统分析：分析液位控制系统工程项目的系统构成、技术要求和工艺流程，弄清系统的控制流程和监控对象的特征，明确监控要求和动画显示方式，分析工程中的设备采集及输出通道与软件中实时数据库变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示的。

工程的框架结构样例工程定义的名称为“水位控制系统.mcg”工程文件，由五大窗口组成。总共建立了二个用户窗口，四个主菜单，分别作为水位控制、报警显示、曲线显示、数据显示，构成了样例工程的基本骨架。

动画图形的制作水位控制窗口是样例工程首先显示的图形窗口(启动窗口)，是一幅模拟系统真实工作流程并实施监控操作的动画窗口。包括：水位控制系统：水泵、水箱和阀门由“对象元件库管理”调入；管道则经过动画属性设置赋予其动画功能。

液位指示仪表：采用旋转式指针仪表，指示水箱的液位。

液位控制仪表：采用滑动式输入器，由鼠标操作滑动指针，改变流速。

报警动画显示：由“对象元件库管理”调入，用可见度实现。

控制流程的实现选用“模拟设备”及策略构件箱中的“脚本程序”功能构件，设置构件的属性，编制控制程序，实现水位、水泵、调节阀

和出水阀的有效控制。

各种功能的实现通过MCGS提供的各类构件实现下述功能：

历史曲线：选用历史曲线构件实现；

历史数据：选用历史表格构件实现；

报警显示：选用报警显示构件实现；

工程报表：历史数据选用存盘数据浏览策略构件实现，报警历史数据选用报警信息浏览策略构件实现，实时报表选用自由表格构件实现，历史报表选用历史表格构件实现。

输入、输出设备抽水泵的启停：开关量输出；调节阀的开启关闭：开关量输出；出水阀的开启关闭：开关量输出；水罐1、2 液位指示：模拟量输入。

其它功能的实现工程的安全机制：分清操作人员和负责人的操作权限。

三.所用软件介绍

1·什么是MCGS？

MCGS (Monitor and Control Generated System，通用监控系统)是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft（各种32位Windows平台上）运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域

有着更广泛的应用。

2·MCGS组态软件的系统构成

MCGS 6.2软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。

MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。

(1)实时数据库是MCGS嵌入版系统的核心

实时数据库相当于一个数据处理中心，同时也起到公用数据交换区的作用。MCGS嵌入版使用自建文件系统中的实时数据库来管理所有实时数据。

(2)主控窗口构造了应用系统的主框架

主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体轮廓，以及运行流程、菜单命令、特性参数和启动特性等项内容，是应用系统的主框架。

(3)设备窗口是MCGS嵌入版系统与外部设备联系的媒介

设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。设备窗口通过设备构件把外部设备的数据采集进来，送入实时数据库，或把实时数据库中的数据输出到外部设备。一个应用系统只有一个设备窗口。

(4)用户窗口实现了数据和流程的“可视化”

用户窗口中可以放置三种不同类型的图形对象：图元、图符和动画构件。图元和图符对象为用户提供了一套完善的设计制作图形画面和定义动画的方法

(5)运行策略是对系统运行流程实现有效控制的手段

运行策略本身是系统提供的一个框架，里面放置有策略条件构件和策略构件组成的“策略行”，通过对运行策略的定义，使系统能够按照设定的顺序和条件操作实时数据库、控制用户窗口的打开、关闭并确定设备构件的工作状态等，从而实现对外部设备工作过程的精确控制。一个应用系统有三个固定的运行策略：启动策略、循环策略和退出策略，同时允许用户创建或定义最多512个用户策略。

3·MCGS组态软件的功能和特点

MCGS 6.2组态软件具有以下特点：

(1)全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，真正的32位程序。

(2) 庞大的标准图形库、完备的绘图工具以及丰富的多媒体支持，使您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面。

（3）全新的ActiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、通用棒图等，使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。

（4）支持目前绝大多数硬件设备，同时可以方便地定制各种设备驱动；此外，独特的组态环境调试功能与灵活的设备操作命令相结

合，使硬件设备与软件系统间的配合天衣无缝。

（5）简单易学的类Basic脚本语言与丰富的MCGS策略构件，使您能够轻而易举地开发出复杂的流程控制系统。

（6）强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，使您能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。

（7）方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数，使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。

（8）完善的安全机制，允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。此外，MCGS6.2还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开发者的成果。

（9）强大的网络功能，支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以及各种无线网络和无线电台等多种网络体系结构。

（10）良好的可扩充性。

（11）提供了WWW浏览功能，能够方便地实现生产现场控制与企业管理的集成。

4·MCGS组态软件的工作方式

（1）MCGS如何与设备进行通讯：MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。包括数据采集和发送设备指令。

（2）MCGS如何产生动画效果：MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性。

（3）MCGS如何实施远程多机监控：MCGS提供了一套完善的网络机制，可通过TCP/IP网、Modem网和串口网将多台计算机连接在一起，构成分布式网络监控系统，实现网络间的实时数据同步、历史数据同步和网络事件的快速传递。

（4）如何对工程运行流程实施有效控制：MCGS开辟了专用的“运行策略”窗口，建立用户运行策略。MCGS提供了丰富的功能构件，供用户选用，通过构件配置和属性设置两项组态操作，生成各种功能模块（称为“用户策略”），使系统能够按照设定的顺序和条件，操作实时数据库，实现对动画窗口的任意切换，控制系统的运行流程和设备的工作状态。所有的操作均采用面向对象的直观方式，避免了烦琐的编程工作。

四. 设计过程：

1、建立MCGS新工程：水位控制系统

2、设计画面流程

建立新画面：在MCGS组态平台上，单击“用户窗口”，在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，则产生新“窗口0”，选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”，将“窗口名称”改为：水位控制；将“窗口标题”改为：水位控制；在“窗口位置”中选中“最大化显示”，其

它不变，单击“确认”。选中刚创建的“水位控制”用户窗口，单击“动画组态”，进入动画制作窗口。

工具箱：单击工具条中的“工具箱”按钮，则打开动画工具箱，

图标对应于选择器，用于在编辑图形时选取用户窗口中指定的图形对象；图标用于打开和关闭常用图符工具箱，常用图符工具箱包括27种常用的图符对象。

制作文字框图建立文字框：打开工具箱，选择“工具箱”内的“标签”按钮，鼠标的光标变为“十字”形，在窗口任何位置拖拽鼠标，拉出一个一定大小的矩形。

输入文字：建立矩形框后，光标在其内闪烁，可直接输入“水位控制系统演示工程”文字，按回车键或在窗口任意位置用鼠标点击一下，文字输入过程结束。

框图颜色设定文字框颜色：选中文字框，按工具条上的（填充色）按钮，设定文字框的背景颜色（设为无填充色）；按（线色）按钮改变文字框的边线颜色（设为没有边线）。设定的结果是，不显示框图，只显示文字。

设定文字的颜色：按（字符字体）按钮改变文字字体和大小。

按（字符颜色）按钮，改变文字颜色（为蓝色）。

对象元件库管理：单击“工具”菜单，选中“对象元件库管理”或单击工具条中的“工具箱”按钮，则打开动画工具箱,工具箱中的图标用于从对象元件库中读取存盘的图形对象；图标用于把当前用户窗口中选中的图形对象存入对象元件库中。

从“对象元件库管理”中的“储藏罐”中选取中意的罐，按“确认”，则所选中的罐在桌面的左上角，可以改变其大小及位置，如罐14、罐20。从“对象元件库管理”中的“阀”和“泵”中分别选取2个阀（阀6、阀33）、1个泵（泵12）。流动的水是由MCGS 动画工具箱中的“流动块”构件制作成的。用流动快把这些元件连接起来形成整体画面最后生成的画面如结果中图1所示：

3、让动画动起来

定义数据变量：鼠标点击工作台的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页。按“新增对象”按钮，在窗口的数据变量列表中，增加新的数据变量，多次按该按钮，则增加多个数据变量，系统缺省定义的名称为“Data1”、“Data2”、“Data3”等选中变量，按“对象属性”按钮或双击选中变量，则打开对象属性设置窗口。

指定名称类型：在窗口的数据变量列表中，用户将系统定义的缺省名称改为用户定义的名称，并指定类型，在注释栏中输入变量注释。

液位组变量属性设置，在基本属性中，对象名称为：液位组；对象类型为：组对象；其它不变。在存盘属性中，数据对象值的存盘选中定时存盘，存盘周期设为5 秒。在组对象成员中选择“液位1”，“液位2”水泵、调节阀、出水阀三个开关型变量，属性设置只要把对象名称改为：水泵、调节阀、出水阀；对象类型选中“开关”，其它属性不变。

动画连接：在用户窗口中，双击水位控制窗口进入，选中水罐1 双击，则弹出单元属性设置窗口。选中折线，则会出现，单击则

进入动画组态属性设置窗口，按下图所示修改，其它属性不变。设置好后，按确定，再按确定，变量连接成功。对于水罐2，只需要把“液位2”改为“液位1”；最大变化百分比100，对应的表达式的值由10改为6即可。在用户窗口中，双击水位控制窗口进入，选中调节阀双击，则弹出单元属性设置窗口。选中组合图符，则会出现，单击则进入动画组态属性设置窗口，按下图所示修改，其它属性不变。设置好后，按确定，再按确定，变量连接成功。水泵属性设置跟调节阀属性设置一样。

在用户窗口中，双击水位控制窗口进入，选中水泵右侧的流动块双击，则弹出流动块构件属性设置窗口。其它属性不变。水罐1 右侧的流动块与水罐2 右侧的流动块在流动块构件属性设置窗口中，只需要把表达式相应改为：调节阀=1，出水阀=1。

在“用户窗口”中选中“水位控制”，单击鼠标右键，点击“设置为启动窗口”，这样工程运行后会自动进入“水位控制”窗口。在菜单项“文件”中选“进入运行环境”或直接按“F5”或直接按工具条中图标，都可以进入运行环境。

在“工具箱”中选中滑动输入器图标，当鼠标变为“十”后，拖动鼠标到适当大小，然后双击进入属性设置，在“滑动输入器构件属性设置”的“操作属性”中，把对应数据对象的名称改为：液位1，可在“滑动输入器构件属性设置”的“基本属性”中,在“滑块指向”选中“指向左（上）”，其它不变。在“滑动输入器构件属性设置”的“刻度与标注属性”中,把“主划线数目”改为：5，即能被10整除，其它不变。

为了能准确了解，水罐1、水罐2 的值，我们可以用数字显示其

值，具体操作如下：在“工具箱”中单击“标签”图标，调整大小放在水罐下面，双击进行属性设置。在“工具箱”中单击“旋转仪表”图标，调整大小放在水罐下面，双击进行属性设置。

4、模拟设备

在“设备工具箱”中没有发现“模拟设备”，请单击“设备工具箱”中的“设备管理”进入。在“可选设备”中您可以看到我们MCGS 组态软件所支持的大部分硬件设备。在“通用设备”中打开“模拟数据设备”，双击“模拟设备”，按确认后，在“设备工具箱”中就会出现“模拟设备”，双击“模拟设备”，则会在“设备窗口”中加入“模拟设备”。在“设备属性设置”中，点击“内部属性”，会出现图标，单击进入“内部属性”设置，把通道1的最大值设为10，通道2的最大值设为6，其它不变，设置好后按”确认”按钮退到“基本属性”页。在“通道连接”中“对应数据对象”中输入变量，第一个通道对应输入夜位1，第二个通道对应输入液位2，或在所要连接的通道中单击鼠标右键，到实时数据库中选中“液位1”“液位2”双击也可把选中的数据对象连接到相应的通道。在“设备调试”中您就可看到数据变化。

5、编写控制流程

在“运行策略”中，双击“循环策略”进入，双击图标进入“策略属性设置”，只需要把“循环时间”设为：200ms，按确定即可。

在策略组态中，单击工具条中的“新增策略行”图标，则显示如下图：

在策略组态中，如果没有出现策略工具箱，请单击工具条中的“工具箱”弹出“策略工具箱”。单击“策略工具箱”中的“脚本程序”，把鼠标移出“策略工具箱”，会出现一个小手，把小手放在上，单击鼠标左键，则显示如下：

双击进入脚本程序编辑环境，按下图输入：

IF 液位1<9 THEN

水泵=1

ELSE

水泵=0

ENDIF

IF 液位2<1 THEN

出水阀=0

ELSE

出水阀=1

ENDIF

IF 液位1>1 and 液位2<6 THEN

调节阀=1

ELSE

调节阀=0

ENDIF

6、报警显示与报警数据

定义报警：对于“液位1”变量，在实时数据库中，双击“液位1”，在报警属性中，选中“允许进行报警处理”；在报警设置中选中“上限报警”，把报警值设为：9 米；报警注释为：水罐1 的水已达上限值；在报警设置中选中“下限报警”，把报警值设为：1 米；报警注释为：水罐1 没水了。在存盘属性中，选中“自动保存产生的报警信息”。对于液位2 变量来说，只需要把“上限报警”的报警值设为4 米，其它一样。报警显示：在MCGS组态平台上，单击“用户窗口”，在“用户窗口”中，选中“水位控制”窗口，双击“水位控制”或单击“动画组态”进入。在工具条中单击“工具箱”，弹出“工具箱”，从“工具箱”中单击“报警显示”图标，变“十”后用鼠标拖动到适当位置与大小。如下图所示：

在“报警显示构件属性设置”中，把“对应的数据对象的名称”改为：液位组，“最大记录次数”为：6，其它不变。按“确认”后，则报警显示设置完毕。

报警数据：在“运行策略”中，单击“新建策略”，弹出“选择策略的类型”，选中“用户策略”，按“确定”。选中“策略1”，单击“策略属性”按钮，弹出“策略属性设置”窗口，把“策略名称”设为：报警数据，“策略内容注释”为“水罐的报警数据”，按“确认”。选中“报警数据”，单击“策略组态”按钮进入，在策略组态中，单击工具条中的“新增策略行”图标，新增加一个策略行。再从“策略工具箱”中选取“报警信息浏览”，加到策略行上，单击鼠标左键。如下图：

双击图标，弹出“报警信息浏览构件属性设置”窗口，在“基本属性”中，把“报警信息来源”中的“对应数据对象”改为：液位组。按”确认”按钮设置完毕。双击图标，弹出“报警信息浏览构件属性设置”窗口，在“基本属性”中，把“报警信息来源”中的“对应数据对象”改为：液位组。按”确认”按钮设置完毕。

在MCGS组态平台上，单击“主控窗口”，在“主控窗口”中，选中“主

控窗口”，单击“菜单组态”进入。单击工具条中的“新增菜单项”图标，会产生“操作0”菜单。双击“操作0”菜单，弹出“菜单属性设置”窗口。在“菜单属性”中把“菜单名”改为：报警数据。在“菜单操作”中选中“执行运行策略块”，选中“报警数据”，按“确认”设置完毕

修改报警限值：在“实时数据库”中选“新增对象”，增加四个变量，分别为：液位1 上限、液位1下限、液位2 上限、液位2 下限。

在“用户窗口”中，选“水位控制”进入，在“工具箱”选“标签”图标用于文字注释，选“输入框”用于输入上下限值，如下图：

双击图标，进行属性设置，只需要设置“操作属性”，其它不变在MCGS组态平台上，单击“运行策略”，在“运行策略”中双击“循

环策略”，双击进入脚本程序编辑环境，在脚本程序中增加如下语句：

!SetAlmValue(液位1,液位1上限,3)

!SetAlmValue(液位1,液位1下限,2)

!SetAlmValue(液位2,液位2上限,3)

!SetAlmValue(液位2,液位2下限,2)

报警动画：在“用户窗口”中选中“水位控制”，双击进入，单击“工

具箱”中的“插入元件”图标，进入“对象元件库管理”，从“指示灯”中选取如下图：调整大小放在适当位置。作为“液位1”

的报警指示，作为“液位2”的报警指示，双击如图设置：

7、报表输出

实时报表：在MCGS组态平台上，单击“用户窗口”，在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮产生一个新窗口，单击“窗口属性”按钮，弹出“用户窗口属性设置”窗口，进行设置。按“确认”按钮，再按“动画组态”进入“动画组态：数据显示”窗口。用“标签”，作注释：水位控制系统数据显示，实时数据，历史数据。

在“工具箱”中单击“自由表格”图标，拖放到桌面适当位置。双击表格进入，如要改变单元格大小，请把鼠标移到A 与B 或1 与2 之间，当鼠标变化时，拖动鼠标即可；单击鼠标右键进行编辑历史报表：在MCGS开发平台上，单击“用户窗口”，在“用户窗口”中双击“数据显示”进入，在“工具箱”中单击“历史表格”图标，拖放到桌面，双击表格进入，把鼠标移到在C1与C2之间，当鼠标发生变

化时，拖动鼠标改变单元格大小；单击鼠标右键进行编辑。在R1C1 输入“采集时间”，R1C2 输入“液位1”，R1C3 输入“液位2”。拖动鼠标从R2C1 到R5C3，表格会反黑。在表格中单击鼠标右键，单击“连接”或直接按“F9”，单击“表格”菜单中“合并

表元”选项。

8、曲线显示

实时曲线：单击“用户窗口”标签，在“用户窗口”中双击“数据显示”进入，在“工具箱”中单击“实时曲线”图标，拖放到适当位置调整大小。双击曲线，弹出“实时曲线构件属性设置”窗口。

历史趋势：在“用户窗口”中双击“数据显示”进入，在“工具箱”中单击“历史曲线”图标，拖放到适当位置调整大小。双击曲线，弹出“历史曲线构件属性设置”窗口，在“历史曲线构件属性设置”中，“液位1”曲线颜色为“绿色”；“液位2”曲线颜色为“红色”。

9、安全机制

用户权限管理：在菜单“工具”中单击“用户权限管理”，弹出“用户管理器”。点击“用户组名”下面的空白处，如下图，再单击“新增用户组”会弹出“用户组属性设置”；点击“用户名”下面的空白处，再单击“新增用户”会弹出“用户属性设置”。

在MCGS组态平台上的“主控窗口”中，按“菜单组态”按钮，打开菜单组态窗口。在“系统管理”下拉菜单下，单击工具条中的“新增菜单项”图标，会产生“操作0”菜单。连接单击“新增菜单项”图标，增加三个菜单，分别为“操作1”、“操作2”、“操作3”。

登录用户：登录用户菜单项是新用户为获得操作权，向系统进行登录用的。双击“操作0”菜单，弹出“菜单属性设置”窗口。在“菜单属性”中把“菜单名”改为：登录用户。进入“脚本程序”属性页，在程序框内输入代码!LogOn()。这里利用的是MCGS提供的内部函数或在“脚本程序”中单击“打开脚本程序编辑器”，进入脚本程序编辑环境，从右侧单击“系统函数”，再单击“用户登录操作”，双击“!LogOn()”也可。这样在运行中执行此项菜单命令时，调用该函数，变会弹出MCGS登录窗口。

退出登录：用户完成操作后，如想交出操作权，可执行此项菜单命令。双击“操作1”菜单，弹出“菜单属性设置”窗口。进入属性设置窗口的“脚本程序”页，输入代码!LogOff()（MCGS系统函数），如下图示，在运行环境中执行该函数，便会弹出提示框，确定是否退出登录。

用户管理：双击“操作2”菜单，弹出“菜单属性设置”窗口。在属性设置窗口的“脚本程序”页中，输入代码!Editusers()（MCGS 系统函数）。该函数的功能是允许用运行时增加、删除用户，修改密码。

修改密码：双击“操作3”菜单，弹出“菜单属性设置”窗口。在属性设置窗口的“脚本程序”页中输入代码!ChangePassWord()（MCGS系统函数）系统运行权限：在MCGS组态平台上单击“主控窗口”，选中“主控窗口”，单击“系统属性”，弹出“主控窗口属性设置”窗口。在“基本属性”中单击“权限设置”按钮，弹出“用户权限设置”窗口。在“权限设置”按钮下面选择“进入登录，退出登录”，工程加密：在“工具”下拉菜单

过程控制系统课程设计报告报告实验报告

成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》 名称：单容水箱液位过程控制 班级：2011级自动化过程控制方向 姓名： 学号：

目录 前言 一．过程控制概述 (2) 二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3) 三．系统组成与工作原理 (5) （一）外部组成 (5) （二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5) （三）其它模块和功能 (8) 四．调试过程 (9) （一）P调节 (9) （二）PI调节 (10) （三）PID调节 (11) 五．心得体会 (13)

前言 现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。 首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。通过对基础训练设施的 集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、 电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。 其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。 第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。

水塔水位控制系统课程设计报告

北京理工大学珠海学院 课程设计 课程设计（C） 学院：信息学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 201 年月日 北京理工大学珠海学院

北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2011 ～2012 学年第 1 学期 学生姓名：专业班级：自动化 指导教师：工作部门：信息学院 一、课程设计题目水塔水位控制系统 二、课程设计内容： 1、硬件设计 （1）用80C51设计一个单片机最小控制系统。其中P1.0接水位下限传感器，P1.1接水位上限传感器，P1.2输出经反相器后接光电耦合器，通过继电器控制水泵工作，P1.3输出经反相器后接LED，当出现故障时LED闪烁；P1.4输出经反相器后接蜂鸣器，当出现故障时报警。 （2）用塑料尺、导线等设计一个水塔水位传感器。其中A电级置于水位10CM处，接5V电源的正极，B级置于水位15CM处，经4.7K下拉电阻接单片机的P1.0口，C 电级置于水位的20CM处，经4.7K下拉电阻接单片机的P1.1口。 （3）设计一个单片机至水泵的控制电路。要求单片机与水泵之间用反相器、光电耦合器和继电器控制，计算出LED限流电阻，接好继电器的续流二极管。 2、软件设计 （1）根据功能要求画出控制程序流程图。 （2）根据控制程序流程图编写80C51汇编语言或C51程序。 三、功能要求： 1、水塔水位下降至下限水位时，启动水泵,水塔水位上升至上限水位则关闭水泵。 2、水塔水位在上、下限水位之间时，水泵保持原状态。 3、供水系统出现故障时，自动报警。 四、调试 1、在Kerl-uvision上单步调试，观察累加器寄存器存储器的运行之间是否正常。 2、将程序下载到仿真仪上，进行模拟仿真，检查程序工作是否正常。 3、将模拟水塔、传感器、控制电路和水泵联成一个完整的系统，进行整机调试，观察系统工作是否正常。 撰搞人教研室主任院长 签名 日期2010.10.6

自动控制系统课程设计说明书

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：自动控制理论课程设计 设计题目：直线一级倒立摆控制器设计 院系：电气学院电气工程系 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2016.6.6-2016.6.19 手机： 工业大学教务处

*注：此任务书由课程设计指导教师填写。

直线一级倒立摆控制器设计 摘要：采用牛顿—欧拉方法建立了直线一级倒立摆系统的数学模型。采用MATLAB 分析了系统开环时倒立摆的不稳定性，运用根轨迹法设计了控制器，增加了系统的零极点以保证系统稳定。采用固高科技所提供的控制器程序在MATLAB中进行仿真分析，将电脑与倒立摆连接进行实时控制。在MATLAB中分析了系统的动态响应与稳态指标，检验了自动控制理论的正确性和实用性。 0.引言 摆是进行控制理论研究的典型实验平台，可以分为倒立摆和顺摆。许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，通过倒立摆系统实验来验证我们所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中对所学课程加深了理解。由于倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。 本次课程设计中以一阶倒立摆为被控对象，了解了用古典控制理论设计控制器(如PID控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法，掌握MATLAB仿真软件的使用方法及控制系统的调试方法。 1.系统建模 一级倒立摆系统结构示意图和系统框图如下。其基本的工作过程是光电码盘1采集伺服小车的速度、位移信号并反馈给伺服和运动控制卡，光电码盘2采集摆杆的角度、角速度信号并反馈给运动控制卡，计算机从运动控制卡中读取实时数据，确定控制决策(小车运动方向、移动速度、加速度等)，并由运动控制卡来实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，通过皮带带动小车运动从而保持摆杆平衡。

单片机水位控制系统课程设计

课程设计(论文) 题目名称： 课程名称： 学生姓名： 学号： 学院： 指导教师：

课程设计任务书

目录 摘要 (4) 引言 (5) 1几种方案的比较 (6) 1.1 简单的机械式控制方式 (6) 1.2 复杂控制器控制方案 (6) 1.3通过水位变化上下限的控制方式 (6) 2水塔水位控制原理 (8) 3电路设计 (9) 3.1原件的介绍 (9) 3.2引脚功能 (10) 3.3 水位检测接口电路 (13) 3.4报警接口电路 (14) 3.5 存储器扩展接口电路.................. .. (14) 4系统软件设计 (15) 4.1 流程图 (15) 4.2程序 (16) 5实验仿真 (18) 6结语 (19)

7参考文献 (19) 摘要 随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目，通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学知识的潜能。另外，水位控制在高层小区水塔水位控制，污水处理设备和有毒，腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。通过对模型的设计可很好的延伸到具体应用案例中。设计一种基于单片机水塔水位检测控制系统。该系统能实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，实现超高、低警戒水位报警，超高警戒水位处理。介绍电路接口原理图，给出相应的软件设计流程图和汇编程序，并用Proteus软件仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性强。 关键词：单片机；水位检测；控制系统；仿真

自动控制课程设计~~~

指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学 移通学院 自动控制原理课程设计报告 系部： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间：2013年12 月 重庆邮电大学移通学院制

目录 一、设计题目 二、设计报告正文 摘要 关键词 设计内容 三、设计总结 四、参考文献

一、设计题目 《自动控制原理》课程设计（简明）任务书——供2011级机械设计制造及其自动化专业（4-6班）本科学生用 引言：《自动控制原理》课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，更不同于课堂教学。它主要是培养学生统筹运用自动控制原理课程中所学的理论知识，掌握反馈控制系统的基本理论和基本方法，对工程实际系统进行完整的全面分析和综合。 一设计题目：Ｉ型二阶系统的典型分析与综合设计 二系统说明： 该Ｉ型系统物理模拟结构如图所示。 系统物理模拟结构图 其中：Ｒ＝1MΩ；C =1uF；R0=41R 三系统参量：系统输入信号：x(t)； 系统输出信号：y(t)；

四设计指标： 设定：输入为x(t)=a×1（t）（其中：a=5） 要求动态期望指标：M p﹪≤20﹪；t s≤4sec； 五基本要求： a)建立系统数学模型——传递函数； b)利用根轨迹方法分析和综合系统（学号为单数同学做）； c)利用频率特性法分析和综合系统（学号为双数同学做）； d)完成系统综合前后的有源物理模拟（验证）实验； 六课程设计报告： 1.按照移通学院课程设计报告格式写课程设计报告； 2.报告内容包括：课程设计的主要内容、基本原理； 3.课程设计过程中的参数计算过程、分析过程，包括： （1）课程设计计算说明书一份； （2）原系统组成结构原理图一张（自绘）； （3）系统分析，综合用精确Bode图一张； （4）系统综合前后的模拟图各一张（附实验结果图）； 4.提供参考资料及文献 5.排版格式完整、报告语句通顺； 6.封面装帧成册。

水槽液位闭环控制系统课程设计报告

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。在设计中用到的PID算法提到得较多，PLC方面的知识较少。并根据算法的比较选择了增量式PID算法。建立了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，同时得出了整定后的仿真曲线和实际曲线。主要内容包括：PLC的产生和定义、过程控制的发展、水箱的特性确定与实验曲线分析，FX2系列可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应用PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和讲解PLC的过程控制指令PID指令来控制水箱水位。PLC在工业自动化中应用的十分广泛。PID控制经过很长时间的发展，已经成为工业中重要的控制手段。本设计就是基于PLC的PID算法对液位进行控制。PLC经传感电路进行液位高度的采集，然后经过自动调节方式来确定完PID参数后，通过控制直流泵的工作时间来实现液位的控制。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。本次设计主要内容是利用提供的被控对象单容水槽和相关仪器仪表，设计液位控制系统，利用组态王软件编写控制算法实现控制系统的上位机监控。 关键词：组态王，液位控制，PID算法，过程控制

一、设计任务 (3) 二、实验目的 (3) 三、实验方案 (4) 四、实验过程 (5) 实验总结 (17) 参考文献 (18) 附录 (19)

一、设计任务： （1）液位监控：完成一个液位监控系统，要有流程图画面，报警画面，历史曲线、实时曲线、报表等个画面键可以灵活切换。 （2）通过组态软件，结合实验已有设备，按照定值系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求，采用但闭环控制结构和PID控制规律，设计一个具有美观组态画面和较完善组态控制程序的液位单回路过程控制系统。 设计要求 (1)根据液位单回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。 (2)运用组态软件，正确设计液位但回路过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。 二、实验目的： （1）能根据具体对象及控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。 （2）能够根据过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要，正确选用模块。 （3）能根据与计算机串行通讯的需要，正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。

电子课程设计-水位测量电路设计要点

郑州轻工业学院 课程设计说明书题目：水位检测电路设计 姓名： 院（系）： 专业班级： 学号： 指导教师： 成绩： 时间：2013年06 月03 日至2013 年06 月17 日

郑州轻工业学院 课程设计任务书 题目：水位检测电路设计 专业班级：电子科学与技术10-1班姓名： 学号： 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 报警电路在人们的生产生活中有着重要作用。水位检测是自然界和一般工业界不可缺少的一种检测系统。本设计主要实现以下功能。 1.利用LED指示灯显示水位（最低水位、1/4、1/2、3/4、最高水位）。 2.达到最高水位时，自动报警。 参考文献： [1] 张毅.自动检测技术及仪表控制系统. 北京: 化学工业出 社,2004.11 [2] 金伟. 现代检测技术. 北京: 北京邮电大学出版社, 2006.2 [3] 王兆安. 电力电子技术.北京: 机械工业出版社, 2006.5 完成期限：2013.06.03-2013.06.17_ 指导教师签名：张晓冬 课程负责人签名：杨坤 2013年06月01日

目录 1概述 (2) 1.1检测技术 (2) 1.2水位检测技术的应用与发展 (2) 1.3水位检测系统设计的意义 (3) 2系统方案设计 (3) 2.1设计方案 (3) 2.1.1硬件电路图 (3) 2.1.2硬件设计原理 (4) 2.2整流电路的设计 (4) 3元器件的介绍与参数计算 (5) 3.1发光二极管 (5) 3.2电阻 (7) 3.3三极管 (7) 3.4蜂鸣报警器 (7) 3.5整流二极管 (8) 3.6变压器 (8) 4 硬件焊接 (9) 5 AltiumDesigner电路设计 (12) 6结论 (13) 参考文献 (14) 附录元器件清单 (15)

自动控制原理课程设计实验

上海电力学院 自动控制原理实践报告 课名：自动控制原理应用实践 题目：水翼船渡轮的纵倾角控制 船舶航向的自动操舵控制 班级： 姓名： 学号：

水翼船渡轮的纵倾角控制 一．系统背景简介 水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行，Foilborne)，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。 水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。 航向自动操舵仪工作时存在包括舵机（舵角）、船舶本身（航向角）在内的两个反馈回路：舵角反馈和航向反馈。 当尾舵的角坐标偏转错误!未找到引用源。，会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误!未找到引用源。。传递函数中带有一个负号，这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。有此动力方程可以看出，船只的转动速率会逐渐趋向一个常数，因此如果船只以直线运动，而尾舵偏转一恒定值，那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。 二．实际控制过程 某水翼船渡轮，自重670t，航速45节（海里/小时），可载900名乘客，可混装轿车、大客车和货卡，载重可达自重量。该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力，全靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求该系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。

上图：水翼船渡轮的纵倾角控制系统 已知，水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型，执行器模型为F（s）=1/s。 三．控制设计要求 试设计一个控制器Gc（s），使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D （s）存在下也能达到优良的性能指标。假设海浪扰动D（s）的主频率为w=6rad/s。 本题要求了“优良的性能指标”，没有具体的量化指标，通过网络资料的查阅：响应超调量小于10%，调整时间小于4s。 四．分析系统时域 1.原系统稳定性分析 num=[50]; den=[1 80 2500 50]; g1=tf(num,den); [z,p,k]=zpkdata(g1,'v'); p1=pole(g1); pzmap(g1) 分析：上图闭环极点分布图，有一极点位于原点，另两极点位于虚轴左边，故处于临界稳定状态。但还是一种不稳定的情况，所以系统无稳态误差。 2.Simulink搭建未加控制器的原系统（不考虑扰动）。

基于单片机的水位控制系统设计

单片机原理及系统课程设计 专业：自动化 班级：自动化1201 姓名: 王文玉 学号：201209005 指导教师：苟军年 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2014年12月12日

基于单片机的水位控制系统设计 1 引言 单片机课程的学习，不仅要在课本上学到知识，更要在实际中得到锻炼。我认为要学好单片机这门课程，更重要的是要学会通过实践巩固学到的知识，只有把学到的知识通过实践不断体会理解，才能更好的掌握这门课程。本次课程设计我选择制作的题目是基于单片机的水位控制系统的设计，在此次课程设计中主要以水塔供水为例,进行设计介绍。该系统能实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，实现超高、低警戒水位报警，超高警戒水位处理。介绍电路接口原理图，给出相应的软件设计流程图和C语言程序，并用Proteus软件仿真。 1.1 设计背景 水位控制系统是现今生活和工业一种比较实用的系统,其应用范围广泛,主要涉及水塔、水库和锅炉水位的控制等领域。以水塔供水为例,供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。目前，控制水塔水位方法较多，其中较为常用的是由单片机控制实现自动运行，使水塔内水位保持恒定，以保证连续正常地供水。实际供水过程中要确保水位在允许的范围内浮动，应采用电压控制水位,通过实时检测电压，测量水位变化，从而控制电动机工作状态，保证水位在正常范围内。 2 设计方案及原理 2.1通过水位变化上下限的控制方式 这种控制方式通过在水塔的不同高度固定不动的3根金属棒ABC，以感知水位的变化情况。A棒接+5V电源，B棒﹑C棒各通过一个电阻与地相连。利用51单片机为控制核心，设计成一个对供水箱水位能自动进行检测控制的系统。如果水塔水位处于警界低水位状态时，启动水泵,水泵开始正转，开始向水塔供水；如果水塔水位处于正常水位状态时,水泵停止工作，水泵停转；如果水塔水位处于警界高水位状态时，启动水泵,水泵开始反转，开始从水塔排水；供水系统出现故障时，自动报警；故障解除时，水泵恢复正常工作。 2.2水塔水位控制原理 在水塔内的不同高度处，安装固定不变的3根金属棒A、B、C，用以反映水

自动控制原理课程设计报告

自控课程设计课程设计(论文) 设计（论文）题目单位反馈系统中传递函数的研究 学院名称Z Z Z Z学院 专业名称Z Z Z Z Z 学生姓名Z Z Z 学生学号Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课教师Z Z Z Z Z 设计（论文）成绩

单位反馈系统中传递函数的研究 一、设计题目 设单位反馈系统被控对象的传递函数为 ) 2)(1()(0 0++= s s s K s G （ksm7） 1、画出未校正系统的根轨迹图，分析系统是否稳定。 2、对系统进行串联校正，要求校正后的系统满足指标： （1）在单位斜坡信号输入下，系统的速度误差系数=10。 （2）相角稳定裕度γ>45o , 幅值稳定裕度H>12。 （3）系统对阶跃响应的超调量Mp <25%,系统的调节时间Ts<15s 3、分别画出校正前，校正后和校正装置的幅频特性图。 4、给出校正装置的传递函数。计算校正后系统的截止频率Wc 和穿频率Wx 。 5、分别画出系统校正前、后的开环系统的奈奎斯特图，并进行分析。 6、在SIMULINK 中建立系统的仿真模型，在前向通道中分别接入饱和非线性环节和回环非线性环节，观察分析非线性环节对系统性能的影响。 7、应用所学的知识分析校正器对系统性能的影响（自由发挥）。 二、设计方法 1、未校正系统的根轨迹图分析 根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从0变为无穷时，闭环系统特征方程式的根在s 平面上变化的轨迹。 1）、确定根轨迹起点和终点。 根轨迹起于开环极点，终于开环零点；本题中无零点，极点为：0、-1、-2 。故起于0、-1、-2，终于无穷处。 2）、确定分支数。 根轨迹分支数与开环有限零点数m 和有限极点数n 中大者相等，连续并且对称于实轴；本题中分支数为3条。

上水箱液位控制系统-过控课设

摘要 在过程工业中被控制量通常有以下四种: 液位、压力、流量、温度。而液位不仅是工业过程中常见的参数，且便于直接观察，也容易测量。过程时间常数一般比较小。以液位过程构成实验系统,可灵活地进行组态，实施各种不同的控制方案。液位控制装置也是过程控制最常用的实验装置。国外很多实验室有此类装置，如瑞典LUND大学等。很多重要的研究报告、模拟仿真均出自此类装置! 本次设计也是基于这套水箱液位控制装置来实现的。这套系统由多个水箱，液位检测变送器，电磁流量计，涡轮流量计，自动调节阀，控制面板等喝多器件构成。 液位控制的发展从七十年代到九十年代经历了几个阶段，控制理论由经典控制理论到现代控制理论，再到多学科交叉；控制工具由模拟仪表到DCS，再到计算机网络控制；控制要求与控制水平也由原来的简单、安全、平稳到先进、优质、低耗、高产甚至市场预测、柔性生产。而其中应用最广泛的就是PID 控制器。 这次首先是用一天半的时间让我们熟悉各种建模的方法。学会建立了最初的四种模型。接着后几天就是开始熟悉各种控制系统，以及运用它们去控制水箱的液位，从而更加深刻的理解控制的概念。并且在过程中，要熟练学会调整PID的参数，学会使用MATLAB等。 关键词：水箱液位；PID控制；串级控制；前馈控制；经验凑试法

目录 1引言 (1) 2 实验设备 (2) 2.1 THJ-FCS型或THJ-3型高级过程控制系统实验装置 (2) 2.2计算机及相关软件。 (6) 2.2.1 SIMATIC WinCC简介 (6) 2.2.2 监控界面 (7) 3 设备工作原理及运行过程 (8) 3.1 设备工作原理 (8) 3.2 控制系统流程图 (9) 3.3系统投运及步骤 (10) 4 参数整定与结果分析 (12) 4.1 参数整定 (12) 4.1.1 比例（P）调节 (12) 4.1.2 比例积分（PI）调节 (14) 4.1.3 比例积分微分（PID）调节 (17) 4.2 结果分析 (19) 总结 (20) 参考文献 (21)

水塔自动上水课程设计

目录 一、设计目的 (1) 二、设计要求 (1) 三、设计方案 (1) 四、设计组成及原理分析 (4) 五、元器件的选用及其参数 (12) 六、设计总结 (12) 七、参考文献 (14)

一、设计目的 本课程设计是在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，使学生积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。 二、设计要求 1）设计制作一个带保护装置的水塔自动进水逻辑电路。 2）要求有水满、进水、水量不足指示，当水位低时要自动进水，满时要及时断电停水，水位过低时能停止出水。 三、设计方案 1.设计方案分析 每部分电路都有其相应功能：首先有信号产生部分产生整个电路的输入信号，该信号经过信号处理之后，输出其他电路的控制信号，控制其他电路工作，电机控制电路部分接收到有信号处理电路输出的有效控制信号后正常工作驱动电机转动抽水，使水位上升，而水位的变化又直接关系到信号的产生，因此有个循环的过程，即使水位保持在一定范围内，水位显示电路接收到有效信号后驱动显示器工作，使其显示该时刻的水位；水位超限时输出为电机停止的有效控制信号使

上水电路停止工作。由“信号产生→信号处理→电机控制→水位变化→信号产生”这个循环就能使水塔具有自动控制水位的能力。 方案一、 通过NE555接成施密特触发电路，利用v1-v0电压传输特性就可以达到水塔自动进水，不会产生水满而溢出的目的。 自动进水：当水位下降低于A点时，A点悬空。IC的2脚低于1／3Ｖｃｃ，其3脚输出高电平，水塔被启动，水位逐渐上升。 中间保持：当水位上升到Ａ点到Ｂ点之间时，此时P点电位控制在1／2Ｖｃｃ左右，触发器保持原来的状态不变。因为此时电路不工作，所以水位一直保持在A点与C点之间，不再上升。 停止进水：当水位达到C时，此时输出信号V0变为低电平，致使后续电机上水电路不工作。 以上过程形成循环，在正常情况下一直保持水塔水位大于下限水位。

自动控制原理课程设计

扬州大学水利与能源动力工程学院 课程实习报告 课程名称：自动控制原理及专业软件课程实习 题目名称：三阶系统分析与校正 年级专业及班级：建电1402 姓名：王杰 学号： 141504230 指导教师：许慧 评定成绩： 教师评语： 指导老师签名： 2016 年 12月 27日

一、课程实习的目的 （1）培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用经典控制理论和相关课程知识的能力； （2）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； （3）学会使用MATLAB语言及Simulink动态仿真工具进行系统仿真与调试； （4）学会使用硬件搭建控制系统； （5）锻炼独立思考和动手解决控制系统实际问题的能力，为今后从事控制相关工作打下较好的基础。 二、课程实习任务 某系统开环传递函数 G(s)=K/s(0.1s+1）（0.2s+1） 分析系统是否满足性能指标： （1)系统响应斜坡信号r(t)=t,稳态误差小于等于0.01； （2）相角裕度y>=40度； 如不满足，试为其设计一个pid校正装置。 三、课程实习内容 （1）未校正系统的分析： 1）利用MATLAB绘画未校正系统的开环和闭环零极点图 2）绘画根轨迹，分析未校正系统随着根轨迹增益变化的性能（稳定性、快速性）。 3）作出单位阶跃输入下的系统响应，分析系统单位阶跃响应的性能指标。 4）绘出系统开环传函的bode图，利用频域分析方法分析系统的频域性能指标（相角裕度和幅值裕度，开环振幅）。 （2）利用频域分析方法，根据题目要求选择校正方案，要求有理论分析和计算。并与Matlab计算值比较。 （3）选定合适的校正方案（串联滞后/串联超前/串联滞后-超前），理论分析并计算校正环节的参数，并确定何种装置实现。

水位自动控制电路

**大学信息学院 数字电路课程设计报告 题目：水位自动控制电路 专业、班级：电子信息科学与技术 学生姓名： 学号： 指导教师：

指导教师评语： 成绩： 教师签名：

一．任务书 二．目录 目录 1 设计目的 (4) 2 设计目的要求 (4) 3 设计方案选取与论证 (4) 4 仿真过程及结果 (5) 1 设计思路 (6) 2 现有设计方案 (6) 3 总体设计框图 (7) 5 结论故障分析及解决 (14) 6 参考文献 (15) 附录 (16)

三．内容 1. 设计目的 通过这次设计熟练对电子设计的动手技能，，提高电子设计的能力，同时也培养学生收集、整理、分析和刷选利用资料及各类信息的能力，也使得学生通过这次的设计对所学的数电和模电知识及各种电路、电路元件的功能更好的理解和运用。 2. 设计任务要求 功能：1、当水位低于最低点时，电路能自动加水。 2、当高于最高点时，电路能自动停水。 3、该电路的直流电源自行设计。（可采用W78××系列） 要求：1、选择适当的元器件，设计该电路。以实现上述功能。 2、利用Proteus绘制其电路原理图并进行仿真。 3. 设计方案选取与论证 3.1设计方案的选取： （1）继电器式自动上水控制装置 继电器式水位控制装置工作原理是通过接入220V继电器控制电路的3个探测电极来检测水位高低，使继电器闭合或开启，控制水泵电动机的开停，达到控制水位的目的，控制电路较简单，但要注意以下几点: 1)在维修水塔中的水位探测电极时，须断开主回路和控制回路电源开 来使N线带电，造成维修人员的触电危险。 2)在水塔的低水位探测电极C的引线端，必须进行N线的重复接地。接地电阻要求小于4Ω，使C点水位探测电极保持良好的零电位，以利于继电器的可靠吸合，使自控电路运行稳定。 3)在水泵向水塔供水时，由于水流的冲击，使水塔内的水位波动起伏，容易导致继电器吸合、断开的频繁跳动，影响自控电路的正常稳定运行。

自动控制原理课程设计

金陵科技学院课程设计目录 目录 绪论 (1) 一课程设计的目的及题目 (2) 1.1课程设计的目的 (2) 1.2课程设计的题目 (2) 二课程设计的任务及要求 (3) 2.1课程设计的任务 (3) 2.2课程设计的要求 (3) 三校正函数的设计 (4) 3.1理论知识 (4) 3.2设计部分 (5) 四传递函数特征根的计算 (10) 4.1校正前系统的传递函数的特征根....... 错误！未定义书签。 4.2校正后系统的传递函数的特征根....... 错误！未定义书签。五系统动态性能的分析.. (13) 5.1校正前系统的动态性能分析 (13) 5.2校正后系统的动态性能分析 (15) 六系统的根轨迹分析 (19) 6.1校正前系统的根轨迹分析 (19) 6.2校正后系统的根轨迹分析 (21) 七系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.1校正前系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.2校正后系统的奈奎斯特曲线图 (244) 八系统的对数幅频特性及对数相频特性 (24) 8.1校正前系统的对数幅频特性及对数相频特性 (25) 8.2校正后系统的对数幅频特性及对数相频特性错误！未定义书签。总结 (267) 参考文献................................ 错误！未定义书签。

绪论 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。 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。

金陵科技学院自动控制原理课程设计

绪论 (1) 一课程设计的目的及题目 (2) 1.1课程设计的目的 (2) 1.2课程设计的题目 (2) 二课程设计的任务及要求 (3) 2.1课程设计的任务 (3) 2.2课程设计的要求 (3) 三校正函数的设计 (4) 3.1理论知识 (4) 3.2设计部分 (5) 四传递函数特征根的计算 (8) 4.1校正前系统的传递函数的特征根 (8) 4.2校正后系统的传递函数的特征根 (10) 五系统动态性能的分析 (11) 5.1校正前系统的动态性能分析 (11) 5.2校正后系统的动态性能分析 (15) 六系统的根轨迹分析 (19) 6.1校正前系统的根轨迹分析 (19) 6.2校正后系统的根轨迹分析 (21) 七系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.1校正前系统的奈奎斯特曲线图 (23) 7.2校正后系统的奈奎斯特曲线图......... 错误!未定义书签。4 八系统的对数幅频特性及对数相频特性...... 错误!未定义书签。 8.1校正前系统的对数幅频特性及对数相频特性 (25) 8.2校正后系统的对数幅频特性及对数相频特性 (27) 总结................................... 错误!未定义书签。8 参考文献................................ 错误!未定义书签。

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。 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。

液位控制器的电路模拟设计

课程设计名称：电子技术课程设计 题目：液位控制器的电路模拟设计 学期：2011-2012学年第2学期 专业：自动化 班级： 姓名： 学号：

辽宁工程技术大学 课程设计成绩评定表

课程设计任务书 一、设计题目 液位控制器的电路模拟设计 二、设计任务 1.检测显示液位功能。 2.控制通道输出为双向晶闸管或继电器，一组转换触点为市电（220V 10A） 3.实现与给定液位比较控制功能。 三、设计计划 电子技术课程设计共1周。 第1天：选题，查资料； 第2天：方案分析比较，确定设计方案； 第3～4天：电路原理设计与电路仿真； 第5天：编写整理设计说明书。 四、设计要求 1. 画出整体电路图。 2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。 3. 写出设计说明书。 指导教师： 时间：2011年6月24

1. 方案论证 1.1 设计方案 1.2系统组成框图 2.原理及技术指标 3.单元电路设计及参数计算3.1电源电路 3.2 水位检测和水位控制电路3.2.1水位检测电路 3.2.2 水位控制电路 3.3液位显示电路 3.3.1液位显示部分结构流程图3.3.2液面显示原理 3.4 电机开关控制电路 3.5 电机状态显示电路 3. 6报警电路 4. 仿真 5. 液面控制器总原理图 6.设计小结 7. 参考文献

本液位控制器模拟电路系统具有水位手动控制、电机运转指示、超警戒报警等功能，由七部分组成，即液位检测电路、液位显示电路、液位控制电路、电机开关控制电路、电机状态显示电路、报警电路和电源电路。它采用了二极管、三极管、稳压管、继电器、三端稳压电路等多种电子元件来实现以下为各部分电路及元件原理。其中，液位检测电路是通过压电式单向测力传感器实现将水位变化产生的压力变化转换成电流信号，便于后期的处理。水位控制电路是利用电压比较器的原理实现水位的确定，同时利用迟滞比较器的迟滞性来避免水位压力变化产生的跳闸现象和因水波波动而产生的不稳定信号，同时将比较结果输给下一级。电机开关控制电路是将上一级的结果反映到继电器上，同时利用继电器的特性决定电机是否工作。本系统实现了对水位得监测以及报警，采用传感器和单片机对液位进行监测、显示，精度和灵敏度都比较高，同时也给予了声音报警。电机状态显示电路是通过发光二极管的亮灭显示出电路的工作状态，加水还是在放水。报警电路是利用电压比较器的原理实现水位超过警戒值就报警的功能。电源电路采用电网供电，通过变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路将电网中的220V交流电转换成直流12V、5V电压。稳压电路由三端稳压器实现，用它来组成稳压电源只需很少的外围元件，电路非常简单，且安全可靠。直流电源电路对水位检测电路、水位控制电路、电机开关控制电路、电机状态显示电路、报警电路和电源电路供电，交流电源只对电机供电。 随着科技的发展人们对水位控制的需求越来越多，它不仅要具有自动控制水位的功能，而且要能手动调整水位，给人们的生产生活带来了极大的方便。此方案电路图构成简单易懂，元器件的价格便宜，性能较稳定，操作简单，具有经济前景。

电气传动自动控制系统课程设计.doc

课程设计报告书 题目：电气传动自动控制系统 报告人：王宗禹 学号：1043031325 班级：2010级34班 指导教师：肖勇 完成时间：2013年7月日 同组人：王大松 秦缘 龚剑 电气信息学院专业实验中心

一．设计任务 1．设计目标： （1）系统基本功能：该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，系统在工作范围内能稳定工作 （2）已知条件： （3）稳态/动态指标:静态：s% ≤ 5% D = 3 动态：σi% ≤ 5% σn% ≤ 10% (4)期望调速性能示意说明:静差率小于5%，调速范围D=3. （5）系统电路结构示意图： 2.客观条件： （1）使用设备列表清单及主要设备功能描述： 二．系统建模（系统固有参数测定实验内容）

1.实验原理 （1）变流电源内阻Rn的测定： a.电路示意图如下： 可以等效如下： b.利用伏安法可以测出内阻R n的大小，方法是在电机静止，电枢回路外串限流电阻，固定控制信号 Uct 大小，0.5A≤Id ≤1A的条件下用伏安法测量Ud1，Id1和Ud2，Id2；利用公式可以求得Rn。 （2）电枢内阻 Ra、平波电感内阻 Rd的测定： a.电路示意图如下：

b.实验方法步骤： ◆电机静止，电枢回路外串限流电阻 ◆固定控制信号Uct 大小，Id ≈1A(额定负载热效点) ◆使电枢处于三个不同位置（如上图约120o对称）进行三次测量(Ura，Urd，Id)，求 Ra ， Rd 的平均值. (3)电动机电势转速系数 Ce的测定： a.实验原理： 由公式 可以推导出Ce的测定公式： b.实验方法步骤： ◆空载启动电机并稳定运行（I d0大小基本恒定） ◆给定两个大小不同的控制信号Uct ，测量两组稳定运行时的Ud、n数据 (4)整流电源放大系数 Ks的测定： a.实验原理： Ks可以根据公式Ud0=Ks*Uct可知Ks就是以Uct为横坐标Ud0为纵坐标的如下图曲线中线性段的斜率。故可以通过公式测定Ks.

水位控制器课程设计

河南科技学院机电学院电子课程设计报告（论文） 题目：水位控制器 专业班级: 电气工程及其自动化132班 姓名：************ 时间：2014.12.28～2015.01.10 指导教师：张伟邓丽媛 完成日期：2015年01月10日

水位控制器设计任务书 1．设计目的与要求 设计一个水塔或锅炉水位控制电路，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能： （1）多点水位实时采集和显示功能； （2）当水位低时，启动水泵自动加水，达到高水位时自动停止水泵； （3）当达到警戒水位（高水位或低水位）时，电路能够自动报警提示； （4）具备报警消音控制功能； （5）所设计的电路具有一定的抗干扰能力。 2．设计内容 （1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）SCH文件生成与打印输出。 3．编写设计报告 写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 4．答辩 在规定时间内，完成叙述并回答问题。

目录 1 引言 (1) 2 总体设计方案 (1) 2.1 设计思路 (1) 2.1.1水位控制系统的流程图 (2) 2.1.2水位控制系统的流程 (2) 2.2总体设计框图 (2) 3 设计原理分析 (2) 3.1逻辑关系表 (2) 3.2控制原理 (3) 3.3 总控制电路 (3) 3.4局部仿真电路 (3) 3.5显示电路 (3) 4 总结与体会 (4) 参考文献 (5) 附录1 (6) 附录2 (7)

引言 随着现代科技的发展，智能化是未来科技发展的趋势。而且水是人类不可缺少的一部分，所以自动供水是非常重要的。水位控制乃为自动供水的核心。本文采用简单的数模电知识，运用逻辑电路控制电路。 总体设计方案 下图1为水位控制原理图。在水箱内的不同高度安装1根水位监测器，以感知 水位变化情况，能用数码管显示水箱的液位，液位分1，2，3档，当检测到水位低 于1档时，发出缺水报警，并通过继电器打开电磁阀M1M2向水箱供水，当水位超过1 档时，停止缺水报警，但M2继续供水，当水位超过2档时，M1开始供水，M2停止工 作直到水位达到3档为止，关闭电磁阀。接＋5V电源，1，2，3各通过一个霍尔元件， 当磁悬浮球经过霍尔元件时使霍尔元件表面产生压差并对外产生一个电压信号经 过处理后进入控制性系统。 设计思路 图 1 图 2

自动控制原理及系统仿真课程设计

自动控制原理及系统仿 真课程设计 学号：1030620227 姓名：李斌 指导老师：胡开明 学院：机械与电子工程学院

2013年11月

目录 一、设计要求 (1) 二、设计报告的要求 (1) 三、题目及要求 (1) （一）自动控制仿真训练 (1) （二）控制方法训练 (19) （三）控制系统的设计 (23) 四、心得体会 (27) 五、参考文献 (28)

自动控制原理及系统仿真课程设计 一：设计要求： 1、 完成给定题目中，要求完成题目的仿真调试，给出仿真程序和图形。 2、 自觉按规定时间进入实验室，做到不迟到，不早退，因事要请假。严格遵守实验室各项规章制度，实验期间保持实验室安静，不得大声喧哗，不得围坐在一起谈与课程设计无关的空话，若违规，则酌情扣分。 3、 课程设计是考查动手能力的基本平台，要求独立设计操作，指导老师只检查运行结果，原则上不对中途故障进行排查。 4、 加大考查力度，每个时间段均进行考勤，计入考勤分数，按照运行的要求给出操作分数。每个人均要全程参与设计，若有1/3时间不到或没有任何运行结果，视为不合格。 二：设计报告的要求： 1.理论分析与设计 2.题目的仿真调试，包括源程序和仿真图形。 3.设计中的心得体会及建议。 三：题目及要求 一）自动控制仿真训练 1.已知两个传递函数分别为：s s x G s x G +=+= 22132)(,131)(

①在MATLAB中分别用传递函数、零极点、和状态空间法表示； MATLAB代码： num=[1] den=[3 1] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) num=[2] den=[3 1 0] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) 仿真结果： num =2 den =3 1 0 Transfer function: 2 --------- 3 s^2 + s