液位是工業(yè)控制過程中常見的控制對象,許多工業(yè)控制過程都可以抽象成液位控制系統(tǒng)模型。液位控制系統(tǒng)可以對液位、流量和壓力等參數(shù)進行測量和控制,能夠很好地對工業(yè)生產過程進行模擬。為了提高液位控制系統(tǒng)對實驗數(shù)據(jù)的處理能力,加強控制系統(tǒng)與先進控制算法的結合,本課題依托實驗室自主研發(fā)的水箱液位實驗裝置,對液位控制系統(tǒng)可視化監(jiān)控、液位控制系統(tǒng)模型參數(shù)辨識和液位控制算法進行研究,主要工作內容和研究成果如下:（1）根據(jù)實際需求,結合通用性仿真軟件MATLAB的GUIDE工具箱,設計了一套與液位控制實驗裝置配套的可視化操作平臺。該軟件平臺可以對被控對象進行實時監(jiān)測與控制,動態(tài)獲取控制對象的性能參數(shù)。借助MATLAB強大的數(shù)據(jù)計算和圖像處理能力,按照不同的指標要求對原始實驗數(shù)據(jù)進行處理,最后以曲線的形式進行實時顯示,并對水箱的液位變化進行動態(tài)模擬。通過MATLAB與Access數(shù)據(jù)庫聯(lián)合使用,實現(xiàn)對實驗數(shù)據(jù)的存儲與管理。（2）采用階躍響應法和最小二乘法對液位控制系統(tǒng)模型中的增益系數(shù)K、延時系數(shù)τ和時間響應系數(shù)T進行辨識,并根據(jù)模型評價指標對得到的辨識模型進行驗證。結果表明,通過最小二乘法辨識得到的模型結構對... 

【文章來源】：杭州電子科技大學浙江省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

液位控制系統(tǒng)MATLABGUI主界面

13義控制算法，并將其應用到液位控制系統(tǒng)中。在控制策略選項卡中完成對PID控制器的三個參數(shù)的設置和調節(jié)，為了方便操作，在軟件設計時采用兩種調節(jié)形式，一種是滑動條進行進行參數(shù)調節(jié)，通過滑動條的移動，改變對應控制參數(shù)的值，另一種就是通過Edit編輯框獲取用戶輸入的數(shù)據(jù)對PID控制器的參數(shù)進行設置，兩種方法實現(xiàn)聯(lián)動控制，兩者的參數(shù)會同步變化�；瑒訔l使用Slider控件，其Tag屬性為“Tag_功能名稱”。2.4.2控制結構選擇控制結構選項卡由兩個部分組成，一是實驗結構與被控對象選擇，二是實驗過程控制。其界面設計如圖2.7所示�？刂平Y構的選擇是針對液位系統(tǒng)而言，用戶可選擇的結構有一階、二階，串級回路，前饋-反饋回路等，控制對象的選擇針對的是進行液位控制實驗還是溫度控制實驗。選擇不同的控制對象和控制結構，GUI界面會顯示與之對應的控制系統(tǒng)結構框圖。圖2.7控制結構選項卡界面圖實驗過程控制由四個功能按鈕組成。開始實驗按鈕完成系統(tǒng)的復位操作，根據(jù)選擇的控制結構對水箱系統(tǒng)中的水泵、電磁閥和電動閥等執(zhí)行器件進行復位，然后依據(jù)控制策略完成對應的控制實驗。結束實驗按鈕是對實驗中的執(zhí)行器執(zhí)行暫停動作，然后將執(zhí)行器進行復位，并清除定時器和串口變量，以免對下次實驗造成干擾。實驗對比按鈕是為了將多種控制算法的控制效果進行對比，從Access數(shù)據(jù)庫中提取液位控制算法的實驗數(shù)據(jù)，對不同算法的控制效果進行觀察分析。關閉按鈕是在完成所有的實驗之后關閉軟件界面，退出系統(tǒng)。2.5實時曲線顯示數(shù)據(jù)處理區(qū)域的復選框用于選擇需要顯示的數(shù)據(jù)對象，系統(tǒng)軟件對實驗數(shù)據(jù)處理后使用axes控件將處理后的數(shù)據(jù)以曲線的形式進行顯示。實驗數(shù)據(jù)是直接從串口獲取，如果僅使用plot方法進行畫圖，會因采集時間過長造成數(shù)據(jù)累計，導致CPU負

杭州電子科技大學碩士學位論文192.6.2模型辨識為了充分利用MATLAB對數(shù)據(jù)的計算能力和對圖像的處理能力，本系統(tǒng)設計了水箱液位控制系統(tǒng)模型結構參數(shù)辨識功能。水箱液位控制系統(tǒng)模型參數(shù)辨識的人機交互界面如圖2.11所示。從本地提取實驗數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)辨識界面選擇實驗數(shù)據(jù)對應的液位控制系統(tǒng)模型結構，通過選擇不同的辨識算法，對模型結構中的增益系數(shù)K、延時系數(shù)τ和時間響應系數(shù)T等參數(shù)進行辨識。圖2.11模型參數(shù)辨識界面該界面的功能主要分為四個區(qū)域：（1）導入數(shù)據(jù)。用于選擇需要進行處理的輸入輸出數(shù)據(jù)，將實驗數(shù)據(jù)以Excel形式或者mat文件的形式存儲在本地，在模型辨識界面點擊導入數(shù)據(jù)按鈕，從本地選擇需要進行處理的輸入輸出數(shù)據(jù)，利用選擇的實驗數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)辨識實驗。（2）辨識算法選擇。該模塊用于選擇辨識算法，點擊不同的按鈕控件選擇對應的辨識算法。軟件系統(tǒng)提供兩種辨識算法，分別為階躍響應辨識法和最小二乘辨識法，選擇不同的辨識算法系統(tǒng)會調用不同的辨識程序。（3）系統(tǒng)結構選擇與結果顯示。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)確定對應的辨識模型結構，軟件系統(tǒng)提供的有一階、二階和三階三種類型的模型結構。點擊辨識結果按鈕，根據(jù)選擇的辨識算法和模型結構，對實驗數(shù)據(jù)進行計算和處理，在結果顯示區(qū)域顯示辨識模型結構的參數(shù)值。（4）實驗數(shù)據(jù)顯示。對選擇的實驗數(shù)據(jù)進行圖形化處理，將實驗結果以曲線的形式在axes區(qū)域內進行顯示，方便對實驗過程進行觀察和判斷。

【參考文獻】：
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