1.4 本文的主要内容和安排

    论文针对双水箱串级系统研究了基于STEC1000控制器和STEC-2016触摸屏监控的PID控制算法，进行了仿真比较，最后将控制程序进行现场实验，根据现场的实验状况对控制程序进行一定的调试和改进。本文各章节主要内容安排如下：  

    第一章为绪论。首先讲述了双水箱串级系统的研究背景和研究意义，描述了PID控制技术的发展历史与现状，详细阐述了数字PID控制器的控制算法，包括增量式PID控制算法和位置式PID控制算法，并介绍了两种算法各自的优缺点。

    第二章研究了双水箱串级系统的工作原理和数学模型。阐述了双水箱串级系统的PID控制的实现方法，详细介绍了常规PID控制和增量式PID控制算法的控制原理，并且通过模拟仿真，比较了两者的控制效果。最后设计了在现场实现的增量式PID控制程序。

    第三章详细介绍了现场实验过程中所使用的各种软硬件，包括STEC1000控制器，SRDev编程软件，STEC-2016 触摸屏，HoxConfig界面监控软件。逐步展示了每种软硬件在试验过程中的使用步骤、方法以及发挥的作用。

第四章研究了PID控制程序现场实验及调试。先是简单介绍了实验平台，然后详细阐述了双水箱串级系统PID控制的工作流程和PID调节过程中的参数整定，最后根据现场实际情况对PID控制程序进行了改进。

    最后部分是结论，对全文的研究工作予以总结。

2 双水箱PID控制及其改进

2.1 双水箱的工作原理及其数学模型

双容水箱液位的控制作为过程控制的一种典型对象，自身存在滞后、对象随负荷变化而表现非线性特性及控制系统比较复杂的特点，不同控制算法直接影响控制精度。串联双容水箱液位控制系统的源.自/751·论\文'网·www.751com.cn/

结构图如图2.1所示，本系统中的被控量为下水箱的液位h2，其工作原理是将检测液位和给定液位进行比较，调节R1的开度，通过控制流入上水箱水速的大小，来控制下水箱液位的高度。

系统原理[5]是被测对象由两个不同容积的水箱串联组成，故称其为双容对象。二容水箱数学模型是两个单容水箱数学模型[5]的乘积，即可用两个一阶惯性环节来描述，加上系统纯滞后，可得其传递函数为

式中： ，为二容水箱的放大系数；T1、T2

分别为两个水箱的时间常数； 为滞后时间。

    由于系统滞后的时间与水箱进水阀和出水阀的开度大小密切相关，改变相应的阀门开度后，对象可能出现不同程度的滞后特性，所以经典的控制方法很难达到满意的控制效果。