6.1  液位—出水流量均匀控制系统的结构设计 25

6.2  液位—出水流量均匀控制系统的程序设计 26

6.3  液位—出水流量均匀控制系统控制结果 27

结论 29

致谢 30

参考文献 31

 1  绪论

1.1  课题研究背景及意义

随着现代工业生产的迅速发展，过程控制在生产过程自动化中得到了越来越广泛的应用，在实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率[1]、节约能源改善劳动条件和保护环境卫生等方面，过程控制系统设计具有重要的现实意义。论文网

过程控制系统是指以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。实际的工业生产中，常见的控制环境多为具有温度、压力、流量、液位等控制量的控制系统[2][3]，实验室水箱系统则是这类典型的过程控制系统的模型，因此基于实验室水箱系统的控制系统的设计将对于我们深入研究过程控制系统、提高技术水平有着重要作用。

单回路控制系统的方案设计和调节器参数整定是过程控制最基本的内容[4][5]；而为了提高过程控制系统的控制品质如获得更好的抗扰动性能，则需要进行串级控制系统的设计；有的场合几个参量的控制必须均匀协调，则需要采用均匀控制方案。

计算机控制是一门综合性的技术，它是自动检测和传感技术、自动控制技术、计算机技术的综合应用[6]。它使得操作人员能够直观而迅速的了解被监控对象的变化过程。此外，计算机还可以将采集到的数据存储起来，随时进行分析、统计和显示并制作各种报表。对被监控的对象进行控制，则由计算机作为控制器，然后输出相应的控制信号，推动执行装置动作从而完成相应的控制任务。数字计算机控制具有控制精度高、性能稳定可靠、设置操作方便、软件算法造价低等特点。[7]

所以不论是基本的定值控制，还是为了提高控制品质的串级控制、前馈控制，以及满足特殊要求的比值控制、均匀控制、分程控制、选择控制，实现计算机控制都有利于在满足原来控制要求的基础上，提高实时性、可靠性、可维护性、适应性和灵活性。

本课题正是研究基于USB-4711A接口板卡的几种典型过程计算机控制系统，对过程控制系统的设计方法及PID控制算法进行研究。

1.2  过程控制系统的发展历史

1.3  课题研究内容及章节安排

本课题以实验室水箱系统为被控对象，研究过程控制系统的设计方法和数字PID控制算法，利用USB-4711A接口板卡，实现水箱进水流量的定值控制、液位—进水流量的串级控制、液位—出水流量的均匀控制，并进行上述控制系统的参数整定，得出提高控制品质的系统设计方法。

本文内容章节安排如下：文献综述

第1章为绪论，阐述课题的研究背景及意义；过程控制系统的发展历史；课题研究内容及章节安排。

第2章是对过程控制实验装置简要介绍，主要包括USB接口板卡、传感器、电动比例阀、水箱等的技术参数和操作方法。

第3章实现USB-4711A板卡的接口功能，包括A/D、D/A、脉冲计数等功能。

第4章进行流量单回路控制系统的设计，得到控制曲线并分析控制品质。

第5章进行液位—进水流量的串级控制系统的设计，得到控制曲线并分析控制品质。