arm的水箱液位闭环控制器设计(附件)【字数：15615】
摘 要液位闭环控制器是指通过机械式或电子式的方法来进行高低液位的控制，可以控制电磁阀、水泵等，从而来实现半自动化或者全自动化，方法有多种，根据选用不同的产品而不同。水箱中的水位需要维持一定的高度，太多容易溢出而造成浪费，过少则无法满足用水需求。因此，需要设计合适的控制器系统来调整蓄水池的进出流量，使得水箱内水位保持正常水平，以保证产品质量和生产效益。这些实际问题其实都可以简化为水箱的水位控制问题。因此液位是工业生产控制过程中一个重要的参数。特别是在动态的状态下，采用适合的方法对水位进行检测、控制，能收到很好的效果。基于ARM水箱液位控制系统的设计应用非常广泛，可以把一个复杂的液位控制系统简化成一个水箱水位控制系统来实现。所以就选择了该题目的设计，设计模糊PID控制器并进行MATLAB仿真。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景和研究意义 1
1.2液位控制器的现状和发展趋势 2
1.3 ARM嵌入式处理器 3
1.4本文要研究的内容 4
第二章 水箱液位闭环控制器算法控制理论 5
2.1闭环控制器的总体设计思想 5
2.2 PID控制 6
2.3模糊控制的基本思想 7
2.4模糊控制器的结构 8
第三章 水箱液位闭环控制器硬件电路设计 12
3.1系统总体框图设计 12
3.2 主控芯片电路的设计 12
3.3 时钟晶振电路 15
3.4 复位电路 15
3.5 电源模块电路 16
3.6 液位传感器 17
3.7 AD转换电路 18
3.8 显示电路 19
第四章 水箱液位闭环控制器软件算法仿真 22
4.1 MATLAB仿真软件 22
4.2 液位闭环模糊控制器设计 22
4.3 工作流程图 24
4.4 应用模糊控制工具箱设计模糊控制器 25
4.5 模型仿真及结果研究 27
结束语 30
致谢 31
参考文献 32
附录A *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
33
第一章 绪论
1.1研究背景和研究意义
水箱液位闭环控制器在工业生产中用的比较多，这个液位闭环控制器在现在的工业生产过程里起到相当大的作用，水箱液位控制的功能是非线性的，同时具有耦合和滞后的特点，因此它可以反应工业生产的过程。一般来说，液位闭环控制器当使用常规PID的时候其三个参数是固定的，这样当系统的的使用环境和使用条件发生变化时，无法实现动态调整，无法实现所需要的效果，模糊控制的稳定性很强，使得这个复杂的系统并不会很大的影响参数的变化，然而它的控制的精度可能会受到一定限度的限制。因此可以把PID控制和模糊控制这两种算法进行相结合使用，使用模糊控制的基本算法对于PID控制的这三个参数，比例、积分、微分来进行整定，这样就可以使得系统实现对外界扰动因素的适应性，使得系统具有鲁棒性。
液位的闭环控制器是一个把水位当作被控参数被控量的一个进行控制的系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。如今的传统工业生产的过程当中，有非常多的方面必须要给容器里面的一些介质来采取液位的控制，这么做来让它比较高精度地维持在已经设定的参数的范围里面，液位的控制系统能对相应机器的使用时间跟所生产出来的产品的好坏起到举足轻重的作用。液位控制这个专业名词指的是对某个液体的液位来进行复杂的控制以及相应调节，从而让这个调节后的液位能够达到预期要求的精度标准。过去的液位控制器一般采用手动调节，同时采用机械式的仪器仪表对液位值进行显示。然而，由于如今前沿科技的不断的进步，现在所需控制精度的提升，不单单需要更加先进稳定的液位的闭环控制器，甚至有需要能够进一步地来减少生产这些设备所需要的经费，并且能够在各个方面来进一步的升高所生产设备的安全的条件，所以，如今的需求是能够研究出新一代的稳定性更高，所需费用更低的可以对液体液位进行有效控制的控制器。
现如今的液位的自动控制,是这几年来被普遍使用推广的一项技术,这项技术由相应的计算机的软件、计算机的硬件、自动控制技术这些部分来构成,微机控制有以下几点的明显优势:
1）能够更加明显的来展示出不同的正在运行的参数,而且可以知晓实时的液体液位的状态。
2）在使用过程当中能够简单得对每个正在运行当中的参数的值来进行相应的改动,甚至能够对本系统的控制量进行改动,能够简单的来修改液体液位的上下限度的值。
3）可以全自动得处理液体的控制的过程，有非常好的交互界面，相关的工作人员能够在进行检测的时候随时简易的改动运行的参数。根据上面的这些优点，能够看出微机控制正一步步走入现在的生活。所谓的嵌入形式的处理器指的是在很小的芯片上集中安装了很多的中央处理器、存储器、提供输入输出的系列设备。随着现在科技的发展嵌入形式的处理器正朝着体积更微小,处理的速度更快的方向持续的发展。采用单片机控制可以应对工作环境条件差等等缺点,所以现在的嵌入形式的处理器能够普及各控制领域。
1.2液位控制器的现状和发展趋势
液体液位的自动控制技术,是现在被广泛用于各个工业生产当中的最新的技术,该技术由微机软硬件跟自动控制等技术来构成,微机控制有相当多的优点表现，具体如下: 1)能够更加明显的来展示出不同的正在运行的参数,而且可以知晓实时的液体液位的状态。2)在使用过程当中能够简单得对每个正在运行当中的参数的值来进行相应的改动,甚至能够对本系统的控制量进行改动,能够简单的来修改液体液位的上下限度的值。3) 可以全自动得处理液体的控制的过程，有非常好的交互界面，相关的工作人员能够在进行检测的时候随时简易的改动运行的参数。随着现在科技的发展嵌入形式的处理器正朝着体积更微小,处理的速度更快的方向持续的发展。 采用单片机控制可以应对工作环境条件差等等缺点,所以现在的嵌入形式的处理器能够普及各控制领域。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景和研究意义 1
1.2液位控制器的现状和发展趋势 2
1.3 ARM嵌入式处理器 3
1.4本文要研究的内容 4
第二章 水箱液位闭环控制器算法控制理论 5
2.1闭环控制器的总体设计思想 5
2.2 PID控制 6
2.3模糊控制的基本思想 7
2.4模糊控制器的结构 8
第三章 水箱液位闭环控制器硬件电路设计 12
3.1系统总体框图设计 12
3.2 主控芯片电路的设计 12
3.3 时钟晶振电路 15
3.4 复位电路 15
3.5 电源模块电路 16
3.6 液位传感器 17
3.7 AD转换电路 18
3.8 显示电路 19
第四章 水箱液位闭环控制器软件算法仿真 22
4.1 MATLAB仿真软件 22
4.2 液位闭环模糊控制器设计 22
4.3 工作流程图 24
4.4 应用模糊控制工具箱设计模糊控制器 25
4.5 模型仿真及结果研究 27
结束语 30
致谢 31
参考文献 32
附录A *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
33
第一章 绪论
1.1研究背景和研究意义
水箱液位闭环控制器在工业生产中用的比较多，这个液位闭环控制器在现在的工业生产过程里起到相当大的作用，水箱液位控制的功能是非线性的，同时具有耦合和滞后的特点，因此它可以反应工业生产的过程。一般来说，液位闭环控制器当使用常规PID的时候其三个参数是固定的，这样当系统的的使用环境和使用条件发生变化时，无法实现动态调整，无法实现所需要的效果，模糊控制的稳定性很强，使得这个复杂的系统并不会很大的影响参数的变化，然而它的控制的精度可能会受到一定限度的限制。因此可以把PID控制和模糊控制这两种算法进行相结合使用，使用模糊控制的基本算法对于PID控制的这三个参数，比例、积分、微分来进行整定，这样就可以使得系统实现对外界扰动因素的适应性，使得系统具有鲁棒性。
液位的闭环控制器是一个把水位当作被控参数被控量的一个进行控制的系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。如今的传统工业生产的过程当中，有非常多的方面必须要给容器里面的一些介质来采取液位的控制，这么做来让它比较高精度地维持在已经设定的参数的范围里面，液位的控制系统能对相应机器的使用时间跟所生产出来的产品的好坏起到举足轻重的作用。液位控制这个专业名词指的是对某个液体的液位来进行复杂的控制以及相应调节，从而让这个调节后的液位能够达到预期要求的精度标准。过去的液位控制器一般采用手动调节，同时采用机械式的仪器仪表对液位值进行显示。然而，由于如今前沿科技的不断的进步，现在所需控制精度的提升，不单单需要更加先进稳定的液位的闭环控制器，甚至有需要能够进一步地来减少生产这些设备所需要的经费，并且能够在各个方面来进一步的升高所生产设备的安全的条件，所以，如今的需求是能够研究出新一代的稳定性更高，所需费用更低的可以对液体液位进行有效控制的控制器。
现如今的液位的自动控制,是这几年来被普遍使用推广的一项技术,这项技术由相应的计算机的软件、计算机的硬件、自动控制技术这些部分来构成,微机控制有以下几点的明显优势:
1）能够更加明显的来展示出不同的正在运行的参数,而且可以知晓实时的液体液位的状态。
2）在使用过程当中能够简单得对每个正在运行当中的参数的值来进行相应的改动,甚至能够对本系统的控制量进行改动,能够简单的来修改液体液位的上下限度的值。
3）可以全自动得处理液体的控制的过程，有非常好的交互界面，相关的工作人员能够在进行检测的时候随时简易的改动运行的参数。根据上面的这些优点，能够看出微机控制正一步步走入现在的生活。所谓的嵌入形式的处理器指的是在很小的芯片上集中安装了很多的中央处理器、存储器、提供输入输出的系列设备。随着现在科技的发展嵌入形式的处理器正朝着体积更微小,处理的速度更快的方向持续的发展。采用单片机控制可以应对工作环境条件差等等缺点,所以现在的嵌入形式的处理器能够普及各控制领域。
1.2液位控制器的现状和发展趋势
液体液位的自动控制技术,是现在被广泛用于各个工业生产当中的最新的技术,该技术由微机软硬件跟自动控制等技术来构成,微机控制有相当多的优点表现，具体如下: 1)能够更加明显的来展示出不同的正在运行的参数,而且可以知晓实时的液体液位的状态。2)在使用过程当中能够简单得对每个正在运行当中的参数的值来进行相应的改动,甚至能够对本系统的控制量进行改动,能够简单的来修改液体液位的上下限度的值。3) 可以全自动得处理液体的控制的过程，有非常好的交互界面，相关的工作人员能够在进行检测的时候随时简易的改动运行的参数。随着现在科技的发展嵌入形式的处理器正朝着体积更微小,处理的速度更快的方向持续的发展。 采用单片机控制可以应对工作环境条件差等等缺点,所以现在的嵌入形式的处理器能够普及各控制领域。
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