单片机实现的水塔液位PID控制设计与仿真

"这篇文档是河南城建学院电气工程及其自动化专业的学生进行《计算机控制技术》课程设计的作业，主题是水塔水位的控制系统。该设计基于计算机控制技术，运用PID控制理论，实现了对水塔水位的精确控制。系统主要由进出水阀门、单片机、A/D和D/A转换器、传感器、显示电路和键盘电路等组件构成，通过实时监测和调整水位，确保其在10~15cm的范围内，控制精度达到0.4cm。设计中还涉及到MATLAB软件的使用，用于系统仿真和参数整定。" 文章首先介绍了液位控制系统的重要性，特别是在工业生产和民用生活中的应用，如民用水塔供水、工矿企业排水进水、锅炉汽包液位控制等。接着，作者详细探讨了水塔模型的建立，基于液位系统的过程机理构建了单容水箱的数学模型，并介绍了PID控制的基础原理和数字PID算法，特别提到了选择增量式PID算法的原因。 硬件设计部分，文章详细阐述了单片机最小系统、传感器模块、A/D和D/A转换模块、键盘模块以及显示模块的设计。单片机作为核心控制器，接收来自传感器的液位信号，经过A/D转换后处理，通过键盘输入设定值，然后控制器依据PID算法调整出水阀门开度，确保液位稳定。软件设计部分，重点讨论了PID算法的具体实现，包括位置式和增量型PID控制算法，以及主程序的控制流程和显示部分的编程。 在系统测试与分析阶段，使用MATLAB进行了程序编写和仿真，分析了仿真结果，以验证系统的性能和控制效果。最后，作者对整个课程设计进行了总结，可能涉及了系统性能评估、遇到的问题及解决方法等内容。 这篇文档详细地展示了如何运用计算机控制技术来实现水塔水位的自动控制，不仅涉及理论知识，还有具体的设计实现和测试过程，是学习和理解PID控制以及自动控制系统的实践案例。