MATLAB模拟：双容水箱液位控制与PID整定实验

"该文档是关于模块六的综合设计实验，主题是双容水箱液位控制实验，旨在让学生掌握自动控制系统的分析、控制器设计、MATLAB仿真以及系统模型参数的试验确定方法。实验目标包括实现特定的性能指标，如衰减率、超调量、调节时间和稳态误差。实验涉及的数学模型描述了双容水箱中液位变化的过程，通过PID控制器（比例、积分、微分）来调整控制效果。实验过程中，首先通过Z-N整定法计算控制器参数，然后通过MATLAB进行系统仿真，并根据结果调整PID参数以优化性能。" 实验详细说明: 双容水箱液位控制实验是一个典型的过程控制系统实践，它涉及到两个相互连接的水槽，通过调节阀门来控制液位。系统的时间常数T1和T2以及静态放大系数K1和K2是关键参数，它们影响液位变化的动态响应。实验的目标是设计一个控制器，使液位变化符合预设的性能指标，如4:1~10:1的衰减率、超调量不超过10%、调节时间不超过150秒，并且实现零稳态误差。 PID控制器是常用的控制策略，它结合了比例、积分和微分控制。比例控制快速响应扰动，但可能会导致稳态误差；积分控制消除稳态误差，但过多的积分可能导致系统不稳定；微分控制则可以预测误差变化趋势，减少超调。在实际应用中，通过Z-N整定法等方法可以初步设定PID参数，然后通过MATLAB仿真来检验和调整这些参数，以达到理想的控制效果。 实验设计包括两部分：一是建立双容水箱的数学模型，描述液位与流量的关系；二是利用MATLAB进行系统仿真，首先根据Z-N整定法计算初始的PID参数，然后观察仿真结果并逐步优化控制器参数。通过这种方式，学生可以实际操作，理解控制理论，并提升编写技术总结报告的能力。 在实验过程中，学生需要绘制开环曲线，这有助于理解系统的动态特性。通过比较整定前后的仿真结果，可以分析控制器参数对系统性能的影响，并进行必要的调整。最后，搭建的系统模型将包括实时控制系统，这不仅包含硬件设备，还涉及到软件模拟，以实现对双容水箱液位的精确控制。 这个实验提供了深入理解自动控制原理的机会，包括系统建模、控制器设计、参数整定和性能评估，对于学习自动控制原理和MATLAB仿真技术具有重要意义。