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水箱液位控制系统

水箱液位控制系统的原理：水箱液位控制系统是一种自动

控制系统，其目的是通过控制进水量和排水量，使水箱中的液
位保持在一定的范围内。该系统主要由水箱、电动机、进水阀

门、浮子连杆等配件构成。当水箱液位下降时，浮子连杆会向

下移动，通过传感器将信号发送给控制器，控制器将信号转化
为控制信号，控制进水阀门的开度，从而增加进水量，使液位

回升到设定值。当水箱液位上升时，浮子连杆会向上移动，控

制器会减小进水量或打开排水阀门，从而使液位回落到设定值。

控制系统元件的选择：在设计水箱液位控制系统时，需要

选择合适的控制元件，如传感器、控制器、执行器等。传感器
需要选择灵敏度高、精度高的液位传感器，以确保液位检测的

准确性；控制器需要具有良好的控制性能和稳定性，以确保系

统的稳定性和可靠性；执行器需要选择响应速度快、控制精度

高的电动阀门或电动泵等，以确保系统的响应速度和控制精度。

控制系统的参数确定：在设计水箱液位控制系统时，需要
确定一些重要的参数，如控制器的比例、积分、微分系数，以
及进水阀门的开度和排水阀门的开度等。这些参数的确定需要
结合实际情况和系统响应特性，通过试验和仿真等手段进行优

化调整，以确保系统的性能和稳定性。

控制系统的仿真结果：通过Matlab/Simulink对水箱液位
控制系统进行仿真，可以得到系统的响应曲线和稳态误差等性

能指标。通过仿真结果可以发现系统的稳态误差较小，响应速
度较快，控制精度较高，符合设计要求。

设计总结：本文设计了一个水箱液位控制系统，并对其进
行了仿真分析。通过设计和仿真可以发现，该系统具有操作简

便、可靠性好、运行成本低、可扩展行强等特点，能够满足实

际应用需求。同时，本文还提出了一些优化建议，如进一步优
化控制器参数、加强系统的故障检测和容错能力等，以进一步

提高系统的性能和稳定性。

参考文献：暂无。

在工业生产和日常生活中，经常需要对中的液位进行自动

控制，例如自动控制水箱、水池、水槽、锅炉等中的蓄水量，
以及生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器和电开水
机的自动进水控制等。在实际操作系统中，稳定可靠是控制系
统的基本要求，因此如何设计一个精度高、稳定性好的水位控

制系统就显得日益重要。

水箱液位控制系统是进行控制理论、控制工程教学、实验

和研究的平台，可以方便地构成一阶系统对象和二阶系统对象。

用户可以通过经典的PID控制器设计与调试，进行智能控制
教学实验与研究。各种控制器的控制效果过水位的变化直接地

反映出来，同时通过液位传感器对水位的精确检测，方便地获

得瞬态响应指标，准确评估控制性能。这种系统不仅适用于农
业和生活用水的控制，也适用于工业上的液位控制和马桶的给

水控制。

液位控制系统的自动控制系统由控制对象和制动控制设备

组成，即由控制对象、传感器、控制器和执行器所组成的闭环

控制系统。控制对象是指所需控制的机器、设备或生产过程，

被控参数是所需控制和调节的物理量或状态参数化，即控制对

象的输出信号，如锅炉温度、水箱水位等。被控参数的预定值

（理想值）称为给定值（设定值），给定值与被控参数的测量
值之差成为偏差。扰动是指除给定输入之外，对系统的输出有
影响的信号的总称。传感器是指把被控参数成比例地转变为其
他物理量信号的原件或仪表，如热电阻、热电偶等。如果传感

器所发出的信号与后面控制所要求的信号不一致时，则需要增

加一个变送器，将传感器的输出信号转换成后面所要求的信号。
控制器是指将传感器送来的信号与给定值进行比较，根据比较

结果的偏差大小，按照预定的控制规律输出控制信号的原件或

仪表。执行器是动力部件，它根据控制器送来的控制信号大小
改变调节阀的开度，对控制对象施加控制作用，使被控对象保

持在给定值。

水箱液位控制系统的原理图如图（1）所示。该系统的任

务是使液面高度保持在一个设定的值上。水箱是被控对象，水

箱液位是被控量，电位器设定的电压u（表示液位的希望值y）
是给定量，出水量为干扰量。

系统工作说明：当电位器电刷位于中间位置时，即水位处

在希望的高度，同时出水量等于进水量，系统处在平衡状态。

如果流水量或出水量发生变化，液面升高时浮子位置也相应升

高，通过杠杆作用使电位器电刷从中间位置下移，产生电位差，

通过放大器放大，给电动机一个控制电压，驱动电动机通过减
速器减小进水阀门开度，使进入水箱的液体流量减少。这时，
液面下降，浮子位置相应下降，直到电位器电刷回到中间位置，
系统重新恢复平衡。反之，液位下降，系统会增大进水阀门开

度，加大进水量使液位升高到希望高度。

系统的方块图如图（2）所示。

现在