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水位计标定系统的研究与设计

孟虹宇  
【摘要】:水位计标定系统是标定水位设备仪器的自动化系统,用于水位计、液位仪等水位方面仪器的标定。现有检测仪器技术落后,精度偏低(10m内精度一般是厘米级),自动化程度低。本系统利用智能控制思想,采取先进控制策略,搭配良好软硬件,实现高精度检定,提高了自动化水平。系统在检定工作完成后,出具相应检定证书,能够作为标准检定仪器使用。本系统是基于现代良好的设备条件和先进的控制策略来设计,实现了设备运行的自动化,并实现智能化控制,大幅减少了人员参与比重。该检定系统由水位控制单元、标准液位单元、变频器、清水泵、工控机、人机交互界面等部分组成。设计建造一个10m高的测量井作为野外水位变化实验室模拟环境的主要载体,主要作用是承载试验用水、标准测量仪器和被测仪器等。水位控制系统用来实现不同情况的水位变化状况,如恒流量、变流量等,来模拟江河湖海。标准水位测量单元,作为标准系统,测量得到的水位数据将作为源数据,与被检测仪器所测量的值进行比对,并依据相关规则绘制误差曲线,以判断是否合格。工控机控制变频器与PLC,变频器控制清水泵的转速,来调节水位的变化;PLC控制管道电磁阀的开关。校验时,通过人机交互界面来设置清水泵、变频器等初始状态,系统按照预置策略方法自动完成整个检定过程,并出具鉴定结果。标定系统对水位变化要求严格,水位变化系统属于时滞、非线性系统,模糊控制具有对参数变化不敏感和鲁棒性强等特点,本文采用了模糊控制与PID控制相结合的技术。在控制仿真软件MATLAB/Simulink平台上分别建立系统模糊PID控制器和传统PID控制器模型,进行控制系统联合仿真,对比模糊PID控制器和传统PID控制器,仿真结果表明:模糊PID控制系统较传统PID控制系统有响应速度快、上升时间短、无滞后、超调小、抗扰动性强的特点。最后,对系统进行了误差分析,采用不确定度分析法,确保了结果的准确性。经过仿真和误差分析后,本系统由于采用智能化思想,按照预置先进策略方法对检定过程进行全程控制,在精度上有大幅度提高,能够达到国家一级标准(10m内误差小于3mm),提高了一个数量级,并且自动化程度高,减少了人力劳动,变相减小了人员操作所产生的误差,并提高了效率和标定质量,具有较大经济效益与实际应用价值。


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