双容液位控制系统设计 专业：自动化 班级：2014级1班 姓名：丁林 目录 引言 5 1系统总体设计 8 1.1液位串级控制系统介绍 8 1.2MATLAB软件介绍 9 2被控对象建模 12 2.1水箱模型分析 12 2.2阶跃响应曲线法建立模型 13 3系统控制方案设计与仿真 22 3.1PID控制原理 22 3.2 系统控制方案设计 26 3.2.1.控制系统性能指标 26 3.2.2.方案设计 26 3.3控制系统仿真 28 结论 33 致谢 35 参考文献 36 附录1 38 附录2 39 摘 要 本系统控制箱内液体位置的方法是一种非常先进的算法。本系统可以用在一系列需要控制液体容量的各个行业，比如加工食品产业、过滤溶液产业、化学化工产业、饮料生产行业。本系统的液体储存罐是双容量形式的。在设计的过程中，将用到仪器表盘的自动化式的技术、计算科学技术、电子通讯技术和自动化的控制技术等一系列先进技术相互结合，最终完成对量罐内溶液位置的控制。第一步就是剖析被控制物体的模型。通过对双容罐液位控制系统的建模与分析，分析了受控对象的特点。PID控制模式用于构成液位控制系统，其中液位是次级调节参数，下级是主调节参数。有效克服了双罐双扰和容量滞后的问题。从而缩短了调节时间。第二，利用被操控物体的模型以及操控的步骤的特征，本文选择了串级操控系统，而且使用的是非静态的操控手段对系统的进行类别划分。设计和构建仪器表盘操控系统和对具有人工智能技术的调节仪器的处理。最终设计出了操控液体位置的级联仪器。
关键词：液位;PID控制；
模型；
仿真 Abstract The method of controlling the position of the liquid in the tank is a very advanced algorithm. This system can be used in a variety of industries that require the control of liquid volumes, such as processed foods, filtration solutions, chemical and chemical industries, and beverage production. The system＇s liquid storage tank is a dual capacity tank. In the process of designing, a series of advanced technologies such as automated technology, computational science and technology, electronic communication technology, and automated control technology of the instrument dial will be used in combination to finally complete the control of the solution position in the measuring tank. The first step is to dissect the model of the controlled object. Through the modeling and analysis of the dual tank level control system, the characteristics of the controlled object are analyzed. The PID control mode is used to construct a liquid level control system in which the liquid level is a secondary adjustment parameter and the lower level is a main adjustment parameter. Effectively overcome the double tank double disturbance and capacity lag problem. This shortens the adjustment time. Second, using the model of the controlled object and the characteristics of the steps of the control, this article selects the cascade control system and uses non-static control means to classify the system. Design and construction of instrument dial manipulation systems and processing of regulating instruments with artificial intelligence technology. Finally, a cascaded instrument that controls the position of the liquid was designed. Keywords:level;PIDcontrol;Model;Simulation 引言 随着科学技术发展速度的加快，现代共轭域生产过程中控制性问题日渐复杂，在人们的生活和某些化学和能源生产过程中，经常遇到水平或流量控制问题。在石油，化工，轻工，食品等工业生产过程中，以各种罐体为原料，半成品液体储罐为主要产品。来自先前工艺的成品或半成品继续流入下一个工艺罐进行加工和处理。为了确保生产过程可以连续进行，必须控制罐的液位。例如，居民的家庭供水通常需要使用水库. 也有一些水处理过程，也需要控制水库的水位。例如，在核电蒸汽发生器和乙烯工程废水处理厂的自动污水处理厂运行期间，需要设计一个合适的控制器来自动调节容器入口和出口的流量，以便容器中的液位可以保持在正常水平。特别是，在入口液体和出口液体的流量较大的情况下，为了抑制液面的变化，在实际生产中经常使用多个互连的液体储存容器。坦克是一个典型的非线性，时间延迟的物体。它非常具有代表性，并且具有强大的工业背景。同时，水箱数学模型的建立以及操控方案的研发对于生产中锅炉的液体位置的操控系统在生产过程中的锅炉和液晶形式的液体位置操控系统的设计有巨大的影响。还有就是储物罐中的操控是研发其他难度更大的非线性的操控系统的理论基础，具有奠基性的作用，而且该研究在实际的生产中运用非常的普及。另外，也是非常全面的，包括控制理论，智能控制等学科。
上述不同背景的实际问题可以被抽象为某种储罐液位控制问题。
随着工业生产的快速发展，自动化程度在人们日常生活生产过程中的地位不断提高。只要是先进的易实现的算法，都能很大程度的促进工业生产。然而，当前的学术研究成果与实际的生产和应用技术水平相差甚远，甚至长达几十年。
近年来，中国的一些控制区已经接近甚至超过了国际标准。原因有很多，实际操作跟不上理论研究是一个很普遍的现象。早期的理论算法在实际操作的过程中会遇到各种各样的问题，在很大程度上影响了它的应用前景。当下，在实验室中复制实际工业过程没有条件。使用具有典型物体独特的性质的设施是将理论研究的成果投入到实际生产中的便捷方法。在流水线类型的工业化的生产中，一般有四种类型的控制：水平，压力，流量，温度和水平是工业化生产中的普遍用到的数据，还是能够直接观测到的。由液位过程组成的实验系统可以灵活地执行过程配置并实施各种控制方案。它不仅能够满足实际的现场应用需求，而且为新理论的研究和示范提供了强大的平台。液位控制装置也是最常用的过程控制实验装置。例如，瑞典隆德大学的许多重要研究报告和模拟都来自这些设备。
因此，液体位置操作系统是用于研究过程化操控理论的基础。
本课题的目的就是将两个存储罐组成的液体位置测量操控系统的实验为研究对象，介绍了其硬件配置，系统建模，并分析了有关联的操控手段和相关研究方法，在类似的设计中，自动化式的设备、科学的计算手段和自动化的操控方法去完成罐级级联控制。
对相关的概念进行充分的掌握，学习串级操控的构造设计方法，主要控制参数，次级控制参数，主调节器，次级调节器，主回路和次级回路。掌握串级控制系统的特点，串级控制系统的设计思想，掌握串级控制的主要控制和次级控制回路的选择。掌握串级控制系统调整方法的参数，熟悉PID参数对控制系统质量的影响，利用计算机调整PID参数，投入运行自动控制。实验主要是串级控制系统的参数。调整双容量控制系统的实验参数，确保调节过程稳定快速，以获得合适的控制器参数。
最后总结分析实验结果，进而改进实验中存在的问题。从实验结果可以看出，实验系统具有良好的稳态性能和动态性能。
1系统总体设计 1.1液位串级控制系统介绍 在生产任务中，操作过程操控的目标就是储存罐中存储的液体的位置，该技术在石油化工、水位处理、制造冶金工业等领域应用很重要。在自动化的生产任务中，测量技术和液体位置操控技术都是需要重点关注的。对液体位置的测量和控制时，首先，调查清楚设备中的液体的类型，生成产品的数规模，来规划储存罐中所需液体的流量，达到输入和输出的一致。使各个生产流程都正常运行。在计算科学技术的操控下，自动调整生产任务中所需的原材料，生成高质量的产品的最大规模的成品。设计不达标时操控系统会造成生产产品的不合格，浪费原材料，或者还会引起一系列生产安全事故。在液位串级控制系统的设计中，基于THJ-2先进工艺测试，操控系统的研发和整个系统的开展情况。控制方法是级联PID模型，将自动化的操控设备、相关数据的搜集管理、以及科学计算的操控方法相互结合组装为本系统。
设计对象属于双容量水平控制系统。当上罐发生干扰时，干扰通过控制通道传送到下罐，影响控制效果。在实际生产中，如果频繁发生干扰，将无法获得满意的结果。因此，应尽快进行控制，对内圈引入负反馈，检测上罐液位，并将液位信号发送给次级控制器。直接作用于控制阀以获得更好的控制。两个控制器都有自己的输入，但只有主控制器有它自己的设定值。只有子控制器的输出信号被发送到受控对象。控制器的输出用于更改另一个控制器的设置，以便将两个连接的控制设备称为级联控制器。该模拟系统双水位串级控制系统如图1所示：
图1系统结构框图 1.2MATLAB软件介绍 2000年，美国的mathwork公司开发的MATLAB程序设计软件是目前使用领域最全，在科学计算和工程设计各个方面最受流行的软件。对信号进行分析时，图形和图像的处理方面，计算科学，语音开发设计，自动化操控，汽车制造产业，航空和航天研究，生物欧冠南侧好难过和医学工程等行业。目前很多大学和研究机构在多项科学研究中都是最常用的软件。
该软件的发布是在九十年代初期，随后的十余年的不断完善，7.0版本的软件可以用在Win2000系统和XP系统的计算机中。最新的软件可的功能更加的强大，拥有处理常用的数学功能，比如矩阵和高数计算，还能够处理信号和显示图形。在软件环境中，操作人员可以使用程序设计语言、进行数学运算、设计图形、管理文件、基本的输入、输出等功能。该软件的以增加了数学的形式实现人和计算机的交流。不需要明确的尺寸就可以使工程应用程序更快，更有利可图。
软件有五个部分: （1）MATLAB语言系统是以矩阵的符号为编码语言。它也可以用来开发大型程序和复杂的应用程序来完成小程序的基本任务，算法设计和算法实验。
（2）MATLAB工作环境是以用户的管理功能为基础，有处理操控的容量中的变化量的输入、输出的设计手段，研发和管控m的各个组成部件。
（3）生成图形式该软件的基本功能，具有自己的特有的语言指令、打造二维、三维图形的相关内容相关内容、动态图形的显示等强大的功能。这些包括用于研发非高端的自有的程序指令的小部件，如常见的图形、图像、可视化的小程序等。
（4）MATLAB自有的函数类型，该软件在普通的数学计算中非常的流行，自带的数学计算算法，如高数方程式计算、矩阵计算等。
（5）MATLAB是MATLAB提供的一个函数。从自带的命令中引用软件的MAt文件的内容。
MATLAB方便程序的扩充，并具有可用各种工具箱配置的主机系统。为了完成特定的任务，在MATLAB中控制系统自带的小工具箱，存储着多种算法和设计功能。
1.3Simulink介绍 在二十世纪九十年代，MaWorks公司专门为该软件开发了一个不同以往的小工具，用于输入模型图和设计仿真，取名SIMUL AB。该工具一经公布迅速在各个领域使用，仿真软件已进入建模阶段的配置阶段。然而，由于其名称类似于当时著名的软件Simula，该软件在1992更名为SIMUL墨水。SIMULINK的出现为控制系统的分析和设计带来了好消息。顾名思义，软件的名称显示了系统的两个主要功能：Simu（仿真）和链接（连接），即软件可以使用鼠标控制软件设计时需要的模型，再运用Simulink仿真一个需要的系统。
SIMULINK是本软件的一个扩充的小工具，主要适用于非静态的模拟系统，与本软件的程序语言不通之处是不再需要人工设计图形，而是利用其中设计好的图形模型，可以节约用户的设计时间来构建系统模型。
利用建立好的模型要求SIMULINK包含一些基本图形模型，用户输入相应的需求和需要达到的输出系统自动匹配和设计出相应的设计，用户不在关心设计的过程。通过调用它们，有必要将它们连接在一起。系统模型（由mdI文件访问）用于仿真和分析。
2被控对象建模 受控对象的数学模型在构建的过程中，能够起到过程控制方法和系统的作用，能为控制器参数调整提供有效的参考数据，也是开展质量指标分析的过程中的重要依据。该数学模型指的是指包括受控变量和扰动量在内的各个输入量的影响。显示输出功能（控制变量）功能的每个公式。在油位控制系统中，如何控制油箱是有意义的。水箱和下部水箱受到系统控制。THJ-2首先会进入过程控制实验的相关设备。上下两罐是具有串联功能的圆柱罐，且上下两罐的构造材料选用有机玻璃。上水箱的高度为20厘米，宽度为25厘米。下水箱的高度与上水箱一致，宽度比上水箱略长为35厘米。且水箱被分为工作、缓冲等槽。
2.1水箱模型分析 图2液位控制过程示意图 上水箱的水位和下水箱的水位改变的过程也就是单容量的过程，而本文的单容量是具有自动调节功能的。上图2为液体控制过程的详细示意图。由上图通过计算可知，将水箱中的流入量设置为Q1，将水箱中的流出量设置为Q2。如果改变上图中阀1的开度则能有效改变水箱中的流入量，如果改变上图阀2的开度则能有效改变水箱中的流出量。文章把液位设置为H，如果H的值越大，则水箱中的压力值越大，则水箱中的流出量越大。由此可知，液位的改变会对水箱中的流入量和流出量产生巨大的影响。此外，H的改变说明Q1和Q2暂时未达到蓄水或滴水的过程。如果Q是受控过程的输入，H是输出，那么受控过程的数学模型就是H和Q之间的数学表达式。
文章依据动态物料平衡原理可得到下列计算公式：，且可得。
当水箱保持静态的状态时，水箱中的流出量和流入量的数值相等，且满足。如果此时流入量变化，则液位的数值也会改变，且水箱1中的压力会受到一定的影响，发生改变。此时水箱的流出量也会随之变化。由流体力学的相关理论可知，液位与流量存在非线性关系。为了方便文章的研究，在本文中奖液位与流量做了线性处理，可得下列公式：。且通过拉普拉斯进行变换的单容液位的传递函数公式如下所示: 注:从上述公式中可以看出， ∆Q1、∆Q2、∆H 分别代表的是偏离某个平衡状态Q10 Q20、h0的增量数值。公式中R2代表的是阀2的阻力数值，公式中的R2C代表的是水箱横截面积水平时间，公式中的K代表的是放大系数，且此时，公式中的C代表的是液位过程容量系数。
2.2阶跃响应曲线法建立模型 文章在设计的过程中，依据实验建模的方式来有效的确定了步进信号输入后受控对象水箱和下水箱的水位有关参数和相关曲线。
通文章依据磁力驱动泵来对水箱供水，且人工改变电控阀的开度数值，进而实现对水箱内的给定水位的改变，从而向控制对象施加阶跃输入信号， 在测量模型的相关参数中，可以利用下列多种不同的方式来有效的管控调节阀。也可以向受控对象添加阶跃信号，其具体的操作方法如下所示：
（1）可以利用智能调节阀来有效调整调节阀的开度数值，进而改变水箱的流入量，从而实现对水箱水位的控制，且可以向受控对象发送阶跃信号。
图3水箱模型测定原理图 1.上水箱阶跃响应参数测定: 依据上图的电路，可以人工控制调节器的开度数值，且。待水箱中的水位实现平衡状态后，可以调整调节阀的开度，且。此时可以在上层水箱中输入阶梯信号，确保液位的平衡。
图4上水箱阶跃响应曲线 下表为作者通过实验记录的上水箱阶跃响应数据的详细状况。作者在进行数据采集的过程中，每隔30秒进行一次采集。
表1上水箱阶跃响应数据 1 23.62 7 44.77 13 47.76 19 47.64 2 30.50 8 45.56 14 47.87 20 47.09 3 35.25 9 46.17 15 47.89 21 47．09 4 38.69 10 47.06 16 47．28 22 46.41 5 41.32 11 47.25 17 47.01 23 46.28 6 43.31 12 47.16 18 47.15 24 45.90 2.下水箱阶跃响应参数测定: 依据上图的电路，可以人工控制调节器的开度数值，且。待水箱中的水位实现平衡状态后，可以调整调节阀的开度，且。此时可以在上层水箱中输入阶梯信号，确保液位的平衡。
图5下水箱阶跃响应曲线 下表为作者通过实验记录的下水箱阶跃响应数据的详细状况。作者在进行数据采集的过程中，每隔30秒进行一次采集。
表2上水箱阶跃响应数据 由于在进行数据采集的过程中，可能会采集无效数据。因此，如果使用无效数据进行计算，可能会增加误差。因此文章选择Matlab工具来处理采集的新数据。先把数据整合到响应曲线后再计算储罐模型。从上述实验数据中可以发现，Y轴坐标的零点为阶跃响应初始点的数值。且依据Y轴阶跃响应数据点能有效计算出X轴相对应的点。
3.求取上水箱模型传递函数 文章利用Matlab工具，在Matlab中输入下列的拟合指令，如下所示：
曲线图形绘制在软件中的显示情况如下所示：
图6上水箱拟合曲线 注：图中曲线为拟合曲线，该点为原始数据点，数据点基本符合曲线。
最终结合相应的四阶多项式来进行计算，可以得出如下结果。
另外可以结合相关的曲线并且计算得出上部罐体的特征参数。换句话说，当t = 0时，曲线的斜率最大，然后逐渐上升到稳态值。需确定 K和 T。斜率K是在t = 0时的P（t）的导数，P ^’（0）= 0.24707。
这使得点A处的切线稳态值。点A被映射到T轴上的点B处的点T 图7上水箱模型计算曲线 阶跃响应扰动值为10, 静态放大因子为阶跃响应曲线的稳态值y(∞)与阶跃扰动值XO之比k0=y∞x0,所以上水箱传递的数为G1s=2.4599.16S+1 4.下水箱模型建立 在MATLAB的命令窗口当中需要输入以下的这些指令：
结合这些指令之后可以得出如下的曲线：
图8下水箱拟合曲线 注: 上图所得出的曲线为拟合曲线，点的选择是一个原始的数据点，它能够符合曲线的基本特征。
结合上图，最终将下罐的相应曲线借助于四阶多项式来进行计算之后，可以得出如下结果：
结合到以上的曲线，在利用切线绘图法就可以计算下部罐的特征参数。换句话说，当t = 0时，曲线的斜率最大，然后逐渐上升到稳态值。需确定K和T.斜率K是在t = 0时的P（t）的导数，P ^’（0）= 0.12175， 那么在这个状态下，A就是一个切线的稳定状态，将A所对应到t轴上映射的点，那么在B处就为点T。
图9下水箱模型计算曲线 那么在这个时候越阶响应扰动值为10，通过对静态因子进行放大之后，可以得出越阶响应的曲线相应稳定值，阶跃扰动值y∞与x0两者之间的关系为：
那么对应就可以得出相关的传递函数表达式：
由于在具体实验建模的进程当中被控对象往往是一个广义上的受控对象，在对他的动态特点进行控制过程中，一般要对调节阀和变送器的测量进行控制。对于广义受控对象而言，它的相关传递函数表达为：
在这个公式当中， Gvs主要是指调节阀的相关传递函数，而Gms指的是测量变返器它相对应的传递函数。
图10 THJ-2高级过程控制实验装置图 3系统控制方案设计与仿真 在整个控制系统进行设计过程中，关键的地方是要进行控制计划的设计。因此必须要对相关参数进行合理选择，以及要保障相应的规律能够进行合理的设计，而正确的方案选择可以借助于相关的仪表和计算机系统完成，这样能够在整个设计过程当中发挥出良好作用。
3.1PID控制原理 截至目前为止，随着控制理论以及计算机技术的不断发展，PID控制技术方面发展也更加成熟，许多先进的控制方案已经被广泛的应用在各个工程的实际应用过程，PLC以及PID可以实现良好的控制，包括对音乐、流量、温度等进行全面的控制，同时他也是计算机系统当中的一个组成部分。
目前在大量的工程实践过程当中，都是应用的比例微分积分控制的方法，这也是在调节器控制过程当中主要的控制原理，而且这一种控制器存在的时间已经接近70年。
图11 PID控制基本原理图 对于PID控制器而言，它是一个线性的负反馈控制器，能够通过给定的值和实际值两者之间的差,来构造成一个控制偏差: 相关的控制规律主要表达为：
除此以外，也可以通过传递函数来对此进行表示：
在上述的公式当中，Kp主要代表的是比例系数，Ti代表积分时间常数，而Td代表的是微分时间常数，一般而言微分时间常数PID控制器进行控制的作用包括以下几点：
（1）比例控制（P）：当前最有效最简单的控制方法是比例控制法，由于控制器的输入信号和输入信号之间的误差呈现出正比关系，那么如果将该误差进行克服的话，就能够使得该系统趋于稳定，但是如果采用比例控制方法的时候，可能会存在系统输出的稳态误差。
（2）积分控制（I）：对于积分控制环节而言，控制器在输入和输出信号之间它的误差的积分能够呈现出正比的关系。在自动控制系统当中，如果稳定存在一定的误差，那么这个系统就不够优秀，为了消除稳态误差带来的影响，必须要将积分项引入到整个控制器当中。积分项误差的累积主要还是看该积分的时间来决定的，即使误差比较小，那么积分项也会由于时间的不断增加而使得整个累积误差段上升，但是如果过高的对集成速度进行提升的话，也能够造成整个系统的稳定性不充足，最终导致系统存在一定的震荡。比例积分控制器PI在整个系统当中的作用是为了帮助系统进入稳定状态，同时消除稳态误差。
（3）微分控制（D）：在对微分进行控制的过程当中，相应的控制器它的输出和输入输出间的信号误差的导数会呈现一个正比的关系，如果对整个误差进行调整的过程当中，自动控制器可能会由于自身的震荡最终失去他控制的稳定。主要原因是由于在部分惯性或者滞后环节当中，能够对错误进行抑制，而且这个变化总是在错误变化之后发生的，想要对这种问题想要得到解决的话，就要通过增加抑制误差的效果，也就是要当误差接近零的时候，使得抑制误差的影响也要接近为零。所以仅仅在控制器当中通过引入相关的比例还不够完善，比例在其中主要作用是起到对误差的放大作用，因此就有必要在其中补入微分项，这样能够对之后发生的误差进行一个准确的预测，那么就能够使得误差可以预先等于0或者为负，这样能够避免控制量失调的状况发生。特别是对于部分惯性较大或者滞后较多的受控环节而言，比例积分能够提高整个系统的动态控制能力，因此在整个系统设计过程当中，PID的参数是一个重要设计部分。
PID控制器参数整定方法分为两类：
第一种方法被称为理论计算整定法，这种方法能够基于一定的数学模型，通过理论的计算之后获取到相应的参数，由于在理论计算过程当中只能够反映出整个过程他的一个动态特征，但是这样的理论计算一般都不够可靠，必须要在实际试验之后进行相应的调整。
第二是项目设置的方法，这种方法使用起来较为简单，由于在PID控制器当中，相关的参数调整方法主要包括了临界比例法，响应曲线法等和衰减线这三种方法，而且这几种方法都通过了长期的测试，能够根据相关的工程经验最终对控制器参数进行设定，但是不论使用哪种方法都要在实际应用过程中不断的进行改良。
1临界比例法 如果在一个封闭的控制系统情况之下，那么就可以将调节器的积分时间采用临界比例法进行计算。封闭环境当中积分的时间TI把它设置为最大，那么微分时间TD将它置为零的时候，那么再将相应的比例度σ设置为一个较大的值，这样系统的循环就会陷入一种不良状态，从而使得系统必须要不停的调节调节器的相应比例，而且这一比例调节的过程是从大到小进行调节的。这样能够对临界震荡过程当中相应的临界比率σk进行记录，相应的公式和调节器的参数如下。
图3 临界振荡设置计算公式 2.阻尼振荡法。
如果把调节器在一个封闭式的控制系统当中它的相应积分时间TI放大到最大的话，那么相应的积分时间TD就能够变为零，这样就可以设在设置比率为最大值的时候，重复对该设定值进行多情况的实验，并且逐渐对比率进行降低，直到最终在曲线当中出现4:1这样一个信号为止。那么，记录这时候它的衰减比例和衰减的周期，相应的参数调节以及公式如下所示：
图4 阻尼振荡整定计算公式 3.反应曲线法 对于受控的对象而言，它在一阶惯性连路当中具有较小的滞后性，因此可以，在系统开环广义的过程当中，测量发送器的响应特性来进行进一步的计算。这就要求必须要在调节阀当中添加阶跃信号，对整个输入的变化量形成一个响应曲线，并且从该曲线当中也能够得到一个动态特征相关的参数。
3.2 系统控制方案设计 3.2.1.控制系统性能指标 (1) 静态偏差:在系统完成的转换之后，相应的设定值和受控参数稳态值两者之间的一个差异被称为静态偏差。
(2) 衰减率:衰减率就是指在整个闭环控制系统当中，加入了相应的输入信号之后，震荡周期在一个固定的幅度内衰减的百分比，就是该信号的在输出之后的衰减指数。衰减率一般为0.750.9时，才能保证系统的稳定性。
(3) 超调量:在对整个输出进行转换的过程当中，受控参数以及它与稳态值之间的差值（其是稳态值的百分比），能够用于提升对监测整个动态过程的控制精度。
(4) 调节时间:从过渡到受控参数时，输入稳态值 - 5％+ 5％的时间。
3.2.2.方案设计 设置一个级联控制系统的过程当中，主要包括两个方面的工作，第一次对于主要的部分进行控制，第二是辅助控制回路部分。在每一个控制回路当中，都设置了相应的调节器以及具体控制的对象。而在主回路当中调节器被命名为主调节器，而且他控制的对象也是一些关键对象。在二级回路当中调节器被命名为二级调节器，它能够在控制过程中起到辅助作用，一般对于主调节器而言都有，设置相应的R点。其输出ML用作次级调节器的参考。两级调节器M2的输出调节器改变主参数C2。
通过设计双容量液位的串级控制系统，那么也能够使得这一系统得到较为稳定的输出，同时在控制量方面能够达到量化的控制等级，并且调节也较为灵敏。系统动态性能，快速响应 当子对象使用干扰f1（t）时，子调节器可以在干扰收集主控制参数之前运行。当扰动 f2（ t）作用于主要物体时，克服进入次级环路的各种次级扰动，由于该系统当中存在着二次回路，因此整个系统也具有较快的响应速度，并且也可以通过这种回路来加强对于整个主回路系统的控制。
图12 串级控制系统框图 (1) 被控参数的选择 由于在整个控制过程当中，相应参数的选择能够直接反映在最终产品输出和产品的质量控制方面，并且也会使得整个过程较为便于测量。对于双缸的水箱控制系统来讲，由于水箱水位是整个控制的关键，因此必须要将水箱的水位作为整个系统当中控制的关键所在，对于液位的具体要求具体是，一旦对液位调整失败，那么整个系统控制就不够，目前虽然已经有了较为成熟的液位测量相关的设备和技术，而这种测量的方法包括直读式液位计，浮力液位计，静压液位计等多种方法。
(2) 控制参数的选择 由于双储罐这样一个储水系统它具有两个不同等级的液位。而在对液位的具体等级进行调试的过程中，主要通过两个流程来具体的控制。一旦电动控制阀突然关闭的话，那么第二种控制方法可能会导致整个水流太长，最终出现水箱溢水的情况发生，这样也容易造成一定的浪费，甚至会带来部分的事故发生。所以必须要在整个系统当中将流量作为一种重要的控制参数来进行控制。
(3) 主副回路设计 借助于双闭环的结构来让液位进行串级的控制。二次回路应具有较强的抑制能力和一定的自适应能力，包括二次干扰，非线性参数和大负载变化。一般针对于初级电路和次级电路而言，他们在时间的常数方面比值能够达到3到10之间，因此就需要借助于次级电路对相应的工艺特性进行进一步的改进，对于下水箱的滞后量要大于上水箱的滞后量这一特点来说，必须要在整个设计过程中有效的控制好下水箱的水位。
(4)控制器的选择 首先需要结合双罐水位该系统的相关技术特征，并且借助于数学模拟来对整个控制器进行一个规律的控制，为了达到液位的级联控制水准，因此必须要在，双闭环的主调节器当中利用一种比例积分的微分控制法则来进行控制。调整水箱水位。并协助主要监管机构控制这一系统。
3.3控制系统仿真 在MATLAB中有一个功能能够有效模拟出动态的响应曲线，那就是Simulink。该工具采用控制框图来代替了原有的程序编程模式，只需要借助于相应的模拟设备通过函数之后就能设置一个仿真的参数，接下来就对本文所论述的相关传递函数对串级控制系统进行一个有效的仿真，这样能够在实践的应用当中验证这一方案是否合理。
3.3.1阶跃响应性能 图13 单回路Simulink仿真框图 如果当时间为零的话，那么可以在该系统当中添加大小值为30的一种步进信号，这样控制器的相关PID参数就分别表示为。KP=9.35 TI=0.022 TD=11.25; ;阶跃响应曲线通过在初始点添加40个阶跃输入来观察。
图14 单回路MATLAB仿真曲线图 图15双回路Simulink仿真框图 图16 双回路MATLAB仿真曲线图 图14为单回路时的仿真曲线: 图16为双回路时的仿真曲线. 比较14和16这两个图表，我们可以看到，与未加入二次回路的控制系统相比，引入次级回路形成双容量级别的级联控制系统，极大地改善了动态特性。使系统的工作频率改变，被动对象的能力也进行调整。
3.3.2抗扰动能力 首先需要让最初的阶跃信号保持不变的状态，并将干扰信号添加到次级环路以观察响应曲线。最终使得整个控制器的相关参数能够稳定。
图17单回路Simulink仿真框图 图18单回路MATLAB仿真曲线 图19双回Simulink仿真框图 图20双回路 MATLAB仿真曲线 图18显示了单回路的模拟曲线;图20显示了双环回路的模拟曲线。
从图18和图20可以看出，引入二次回路形成一个双容量储罐液位串控制系统可以很好地克服对二次回路的干扰。消除在时间上对主要参数影响的干扰。
总而言之，通过PID来完成的程序是能够对储罐的也为进行有效控制，并且在实践验证之后这一方法也是有效的，能够提升该系统的动态特点，并且也有利于防止其它干扰。但是对于仿真曲线而言，它只能通过计算机的计算才能获取，但是一般在计算机实践模拟过程当中，理想的曲线和控制性能很难应用到真实环境当中。
结论 本毕业设计的设计过程中，我不仅学到了相关的理论知识、而且还可以完成实验的构建，从中还学到了计算科学等其他知识。实现了双容量罐中液位的级联控制。在实际的工程实践中，我受益匪浅，学到了很多新知识，掌握了实践技能，尤其是，本书中与在实践中得到检验，使理论知识的认知更加的深入。
用MATLAB作为系统模拟的工具。特别是Simulink工具箱可以用来轻松模拟不同的控制系统。模拟计算机控制系统设计中可能出现的问题，并使系统设计更清晰。
在实际的生产应用过程中，本系统的关键是方案的规划。根据实际的生产任务的特征进行设计。对这两个操控系统的研发需要加强完善。在规划时，使用点位控制门阀的张开程度调整箱体内的水容量，如果同时控制液体的流入速度来调价水位则显得更加的有效。另外，上水箱、下水箱以及出水箱总出水阀之间的出水阀门与水箱的出水口的开口程度都会关系到液体位置的操控，提高硬件的搜集数据的性能，可以提高阀门的控制性能。在经济条件允许的范围内，采购精密的仪器。在控制器侧，尽管电控阀的控制信号是位置信号，但是可以改进控制方法。但是，阀门运动需要电动机器操控阀门，改用操控算法智能的控制电动机器，克服中国需要积累分歧并导致执行器移动太多的需求。
在实际工作中，将设计不同的控制系统。它与这本书的理论和公式更为不同。但设计系统必然是位于该行业前列的，也是具备有效性与可行性。
致谢 毕业设计接近尾声。我的大学生活也即将结束，我的学习生活刚刚结束。回忆这四年的经历，我的内心充满了热情。
首先，我要特别感谢我的老师石老师。设计过程很难，但是在我的努力下完成了。在这个阶段，给予了我很多帮助。每次遇到问题时，我要做的第一件事就是请石老师帮忙。石老师在平日里工作很多，但我从毕业设计的每个阶段开始，从选题到咨询材料，以及确定论文大纲，在论文的中期修改以及随后对论文格式的调整中，为我提供了耐心的指导。在过去的几个月里，石老师不仅为我提供了详细的学习指导，还给予了细致的关怀。在此，我向石老师表示衷心的感谢和敬意。
其次，我还要感谢过去四年中每位教过我这些知识的老师。
最后，我们感谢团队成员的包容性，并感谢学校给我们提供这个机会来提高我们的专业技能，并使我们受益匪浅。在未来的工作生活中，我会继续努力积累经验来提高自己。
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