前 言
自古以来，水就在人们的日常生活中扮演了重要的角。水是生命的源泉、农业的命脉、工业的血液！一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失。因此给水工程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要的基础设施之一。任何时候都能提供足够的水量、平稳的水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求。就目前而言，多数工业、生活供水系统都采用水塔、层顶水箱等作为基本储水设备，由一级或二级水泵从地下市政水管补给。因此，如何建立一个可靠安全、又易于维护 的给水系统是值得我们研究的课题。
在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的液位（水位）进行自动控制。比如自动控制水箱、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量，生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。虽然各种水位控制的技术要求不同，精度不同。但其原理都大同小异。特别是在实际操作系统中，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与控制工程教学、实验和研究的平台，可以方便地构成一阶系统对象（双容水箱）和两阶系统对象（三容水箱）。用户可通过经典的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通过水位的变化直观地反映出来，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。开放的控制器平台，便于用户进行自己的控制器设计，满足创新研究的需要。这种系统不仅适用于工业用水的控制，也适用于日常生活和农业生产上的液位控制。 1 系统结构原理
1.1自动控制系统的组成
（1）自动控制系统是由被控对象和控制装置组成的一个有机总体。被控对象的输出 量即被控量是要求严格加以控制的物理量；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理组成的反馈控制系统。在反馈控制系统中，控制装置对被控对象施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务。
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（2）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，如房间温度、水箱水位。加油站三次油气回收 (3)被控参数的预定值（或理想值）称为给定值 （设定值）。给定值与被控参数的
测量值之差称为偏差。
（4）取出输出量送回到输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程称为反馈。 （5）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。
(6)传感器是指把被控参数成比例地转变为其他物理量信号（如电阻、电势、电流、
气压、位移）的元件或仪表，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。
虚拟演播室系统方案 (7)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。
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（8）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，使被控参数保持在给定值。
1.2自动控制系统的分类
1.2.1按输入量变化的规律分类
恒值控制系统――系统的输入量是恒量，并且要求系统的输出量相应地保持恒定。
恒值控制系统分析、设计的重点是研究各种扰动对被控对象的影响以及抗扰动的措施。在恒值控制系统中，输入量可以随生产条件的变化而改变，但是，一经调整后，被控量就应与调整好的输入量保持一致。
随动系统――输入量是变化着，并且要求系统的输出量能跟随输入量的变化而作出相应的变化。
随动控制系统的输入量是预先未知的随时间任意变化的函数，要求被控量已尽可能小的误差跟随输入量的变化。在此类控制系统中，扰动的影响是次要的，系统分析、设计的重点是研究被控量 的快速性和准确性。
程序控制系统――输入量是按预定规律随时间变化的函数，要求被控量迅速、准确的加以复现。
程序控制系统和随动系统的输入量都是时间函数，不同之处在于前者是已知的时间函数，后者则是未知的任意时间函数，而恒值控制系统也可视为程序控制系统的特例。
1.2.2按系统传输信号对时间的关系分类
汽车脚垫生产线 连续控制系统――各元件的输入量与输出量都是连续量或模拟量。 通常用微分方程
来描述。
离散控制系统――系统中有的信号是脉冲序列或采样数据量或数字量。通常用差分方程来描述。随着计算机被引入控制系统，使控制系统中有一部分不是时间的连续函数，而是一组离散的脉冲序列和数字序列。
1.2.3按系统的输出量和输入量间的关系分类
线性系统――系统全部由线性元件组成，它的输出量与输入量间的关系用线性微分方程
来描述。 重要特性：可应用叠加原理。线性系统是一数学模型，是指用线性运算子组成的系统。相较于非线性系统，线性系统的特性比较简单。线性系统需满足线性的特性，若线性系统还满足非时变性（即系统的输入信号若延迟τ秒，那么得到的输出除了这τ秒延时以外是完全相同的），则称为线性时不变系统。非线性系统――系统中只要有一个元部件的输入-输出特性是非线性的，这类系统就成为非线性控制系统，这时要用非线性微分（或差分）方程描述其特性。非线性方程的特点是系统与变量有关，或者方程中含有变量及其导数的高次幂或乘积项。
1.2.4按系统中的参数对时间的变化情况分类
定常系统――系统的全部参数不随时间变化，它用定常微分方程来描述。假定某个系统的输入为x(t),相应的输出为y(t)。当输入经过t’的延时后，即输入为x(t+t’)
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时，若输出也相应地延时t’，即输出y(t+t’)，那么这个系统即为定常系统。系统的输出与延时无关。
叶轮给粉机 严格地说，没有一个物理系统是定常的，例如系统的特性或参数会由于元件的老化或其他原因而随时间变化，引起模型中方程的系数发生变化。然而如果在所考察的时间间隔内，其参数的变化相对于系统运动变化要缓慢得多，则这个物理系统就可以看作是定常的。定常系统分为非线性定常系统和线性定常系统。
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