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单

容

水

箱

串

级

控

制

系

统

院(系)： 电 气 工 程 系

班 级： 生产过程1001班

学 号： 0402100134 0402100139

设计人员： 李腾飞 陈辉

指导教师： 梁 硕

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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。介绍了PID控制的基本原理及数字PID算法，并根据算法的比较选择了增量式PID算法。建立了基于单片机编程语言的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，利用MATLAB应用软件对系统进行仿真得到图线。

系统由进出水阀门，单片机，A/D转换器，D/A转换器，传感器，显示电路和键盘电路等组成。整个过程保持进水阀的开度比例不变，由传感器检测电路连续不断地相应液位值，送入A/D转换器中处理，输出的数字量送给单片机，控制显示电路实时显示实际液位值，由键盘输入设定值，控制器比较其值控制出水阀门的开度比例，以保持液位稳定在要求范围内。

目 录

TOC \o "1-3" \f \h \z HYPERLINK \l "_Toc280945411" 第1章 绪论4

HYPERLINK \l "_Toc280945412" 第2章 课程设计的方案5

HYPERLINK \l "_Toc280945413" 2.1 概述5

HYPERLINK \l "_Toc280945414" 2.2 系统组成总体结构5

2.3 串级控制系统 6

HYPERLINK \l "_Toc280945415" 第3章 硬件设计9

HYPERLINK \l "_Toc280945416" 3.1 单片机最小系统设计9

HYPERLINK \l "_Toc280945417" 3.2 传感器模块9

HYPERLINK \l "_Toc280945418" 3.3 A/D转换和D/A转换模块9

HYPERLINK \l "_Toc280945419" 3.4 键盘模块9

HYPERLINK \l "_Toc280945420" 3.5 显示模块10

HYPERLINK \l "_Toc280945421" 第4章 软件设计11

HYPERLINK \l "_Toc280945422" 4.1 PID算法12

HYPERLINK \l "_Toc280945423" 4.2 位置式PID控制系统12

HYPERLINK \l "_Toc280945424" 4.3 增量型PID控制算法14

HYPERLINK \l "_Toc280945425" 4.4 PID计算16

HYPERLINK \l "_Toc280945426" 4.5 主程序控制流程17

HYPERLINK \l "_Toc280945427" 4.6 显示部分18

HYPERLINK \l "_Toc280945428" 第5章 系统测试与分析/实验数据及分析20

HYPERLINK \l "_Toc280945429" 5.1 MATLAB程序20

HYPERLINK \l "_Toc280945430" 5.2 MATLAB成象曲线20

HYPERLINK \l "_Toc280945431" 第6章 课程设计总结22

HYPERLINK \l "_Toc280945432" 参考文献22

HYPERLINK \l "_Toc280945433" 附录：系统硬件原理图23

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绪论

过程控制是自动技术的重要应用领域，它是指对液位、温度、流量等过程变量进行控制，在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。尤其是液位控制技术在现实生活、生产中发挥了重要作用，比如，民用水塔的供水，如果水位太低，则会影响居民的生活用水；工矿企业的排水与进水，如