三容水箱液位自抗扰控制仿真与实验研究

发布时间：2021-01-18 23:18

　　三容水箱液位控制系统是工业过程控制系统的物理模拟对象,能够有效模拟现代工业中的大多数过程控制系统,具有非线性、滞后、不确定性等特点。自抗扰控制技术是在PID控制算法上的改进,突破了“绝对不变性原理”和“内模原理”的局限性,具有不依赖被控对象数学模型、算法简单易实现的优点。本文重点进行基于自抗扰的水箱液位控制仿真与实验研究。首先,根据机理建模法建立三容水箱系统数学模型,并以实验室三容水箱为对象,通过实验方法测定系统数学模型的参数,对所得的数学模型进行阶跃响应仿真实验,以验证模型正确性。然后,基于自抗扰控制理论,对水箱液位进行基本自抗扰控制仿真与实验研究,针对研究中基本自抗扰控制方法存在的二次扰动、控制性能过度依赖参数设置、参数多数来源于经验调节等问题,提出了相应的改进算法,并进行了仿真与实验研究。（1）针对双容水箱系统中存在二次扰动的问题,提出了自抗扰串级控制算法。通过该算法解决了中水箱液位在受到剧烈且频繁的干扰时,不能迅速克服作用于副回路内的扰动问题。改善了系统的动态特性,提高了系统控制质量。（2）针对自抗扰控制算法的参数过多难以调节并考虑系统的动态性能等问题,提出基于相轨迹特征的自抗... 

【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．１三容水箱系统结构图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ－ｔａｉｉｋ?ｓｙｓｔｅｍ??

?大连海事大学专业学位硕士学位论文???上水箱?二１??中水箱?［＾２??＝＝＝Ｃ＾Ｊ＝＝＾｜?ｈｊ?Ｖ５??流量传感器丄?｜下水箱｜??８?ｈ￡?Ｖ６??变?厂、??频—？ｌ＝ｃｔ＝：?储水箱??磁力泵??图２．１三容水箱系统结构图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ－ｔａｉｉｋ?ｓｙｓｔｅｍ??２．１．１单容水箱系统??把上水箱当做一个单容水箱，打开Ｖ！，关上Ｖ２和Ｖ３，变频器通过磁力驱动泵经由??ＶＩ对上水箱注水，ｖ４阀门出水，变频器的输出为单容水箱的输入，上水箱的液位／／，作??为输出，由此构成一个单输入单输出的单容水箱系统。??单容水箱系统逻辑结构如图２．２所示：??＾—＾＜３—｜??Ａ?上水箱Ｔｌ??—???＿?Ｈｌ?金?Ｖ４??图２．２单容水箱系统逻辑结构图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｌｏｇｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｉｎｇｌｅ－ｔａｎｋ?ｓｙｓｔｅｍ??设某时刻上水箱的进水为弘，出水为液位值为Ａ，根据动量平衡，上水箱??中水的体积的变化率为单位时间内上水箱中注入的水与流出的水之差。则可得上水箱的??进入与流出的水流量的数学关系为：??－７－??

?三容水箱液位自抗扰控制仿真与实验研究???Ｉ??Ａ?上水箱Ｔｉ??Ｉ?Ｈ｜?拿??中水箱Ｔ２??图２．３双容水箱系统逻辑结构图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｌｏｇｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｄｏｕｂｌｅ－ｔａｎｋ?ｓｙｓｔｅｍ??如图２．３所示，以上水箱和中水箱作为主体组合成双容水箱，经由ＶｄｔＴｉ灌水，??并经过Ｖ４连接阀流入Ｔ２，最后由Ｖ５出水。变频器输出ｗ作为双容水箱的输入，／／２作??为输出，由此构成单输入单输出的双容水箱系统。??与２．１．１节相似，根据动量平衡原理及流体力学相关知识得到Ｔ，、Ｔ２的动态方程分??别为：??ＡｄＨ，?…，、??Ａ￣Ｊ－＝Ｃｌｉｎ?￣＜ｈ２?（２－１６）??ａｔ??Ａ＾?＝?ｑｎ￣ｑ°ｕ，?（２．１７）??在式（２．１６）、（２．１７）中，ｄ为水箱横截面积，丑ｉ、．丑２分别为Ｔｉ、Ｔ２的水位高度，％为??Ｔｉ入水流量，＜７１２为丁１到丁２之间的水流量，为丁２流出的为水流量。??记上水箱与中水箱之间的连接阀Ｖ４的液阻为戽，中水箱泄水阀Ｖ５的液阻为ｉ？２。??输出为Ｗ和入水流量间的非线性系数为＆。局于稳态时，即Ｉ、丁２液位高度都在稳??定值时，可以得到：??ｆ?Ｈ＇—Ｈ，??＾２＝?－??＜?１?（２．１８）??Ｈ，??＝—??根据式（２．１６）、（２．１７）、（２．１８）整理后可得到（２．１９）公式：??－１０－??


本文编号：2985855