双容水箱液位系统非线性控制方法研究
发布时间：2021-11-17 15:43
液位控制系统在工业生产中应用广泛。在许多现场,液位的精准控制对提高设备的使用寿命、保障生产安全、提升生产产品质量来说是至关重要的。作为典型的液位系统的模拟实验装置,双容水箱的液位控制问题一直以来都是学者们研究的热点问题。本课题主要以加拿大Quanser公司生产的双容水箱液位系统作为研究对象,研究水箱液位系统的非线性控制方法。本文的研究内容有:（一）基于状态反馈的双容水箱串级PI控制参数整定方法。前馈加串级PI控制是双容水箱液位系统有效的控制方案,传统串级PI控制器参数整定方法过程繁琐,试探法选取参数很难使某些需要的指标达到最优。本文从双容水箱数学模型入手,首先得到线性双容水箱状态反馈控制律与串级PI控制律之间的对应关系,将PI参数整定问题转化为状态反馈控制器求取问题,然后选用线性矩阵不等式（LMI）工具,通过将系统闭环极点配置在指定的线性矩阵不等式区域内,对状态反馈控制器增益进行优化,从而确定PI控制器参数。（二）双容水箱液位系统的三步非线性控制方法。三步非线性控制方法由吉林大学提出,在汽车电子控制领域广泛应用,它物理意义明确且工程实现结构简单。本文将该方法成功引入过程控制领域,实现了...
【文章来源】：吉林化工学院吉林省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
工业生产液位控制实物图
第3章基于状态反馈的串级PI控制器参数整定方法10第3章基于状态反馈的串级PI控制器参数整定方法本章主要内容是对双容水箱串级PI控制器参数整定方法进行研究，常规的串级PI控制器参数整定方法（试探法）整定严重依赖经验、整定过程繁琐，同时对控制性能难以定量分析。针对试探法的不足之处，本章以双容水箱数学模型为基础进行研究，采用极点配置法及区域极点配置法对串级PI控制器参数进行整定，并运用LMI先进方法进行参数优化，通过仿真实验验证该参数整定方法以及参数优化方法的可行性，并且优化后的控制系统控制效果明显改善。3.1Quanser双容水箱实验系统双容水箱液位系统作为该Quanser实验系统中的被控对象，其实物图如图3.1所示。图3.1双容水箱系统实物图Quanser双容水箱实验系统主要由计算机（Quanser软件）、数据采集卡、信号转换模块、功率方大器、双容水箱系统以及检测元件组成，其结构图如图3.2所示。信号线连接口上水箱上水箱漏水孔下水箱下水箱漏水孔干扰阀门蓄水槽水泵注水孔
第3章基于状态反馈的串级PI控制器参数整定方法133.2.2双容水箱液位串级控制系统前馈补偿由结构框图3.4可以看出，主回路、副回路中均有前馈补偿环节，这样可以有效提高系统的控制速度，减少系统平衡时间，前馈补偿推导过程如下：当双容水箱系统达到平衡状态，上、下水箱的液位都不再发生变化，此时的液位变化率1h0、2h0，由式（3.1）可以得出主、副回路中的前馈补偿如下100012PmghVAK（3.2）2021022001AhhA（3.3）其中，其中P0V、10h、20h为双容水箱在某一平衡点处的电压值、上水箱液位及下水箱液位值。3.3串级PI控制器参数整定3.3.1试探法试探法是最常用的PI控制器参数整定方法，该方法简单易懂、参数调节方便，一直以来为人们广泛使用，但是对于精准控制，试探法的参数调节范围大，无法快速调节出精确的控制器参数[28]。下面将使用试探法对串级PI控制器进行参数整定，并带入图3.5所示的控制器仿真模型中进行仿真实验。图3.5串级PI控制系统仿真模型图运用试探法进行参数整定，需要先整定主回路、后整定副回路，根据经验试探
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LMI方法的网络化保性能PID控制[J]. 刘义才,刘斌,高俊. 高技术通讯. 2020(02)
[2]基于内模控制的氩氧精炼低碳铬铁的终点控制系统[J]. 魏丙坤,尤文,关常君. 冶金自动化. 2020(01)
[3]前馈-串级模糊PID控制废液焚烧脱硫系统优化研究[J]. 申晔龙,李明辉,赵志军,崔晨浩. 现代信息科技. 2020(01)
[4]基于预测控制开关磁阻发电机输出电压优化[J]. 雷晓犇,王传奇,李雪丰. 控制工程. 2019(08)
[5]双容水箱液位控制系统仿真研究[J]. 卢春华,巩银苗,姚现科. 现代工业经济和信息化. 2018(18)
[6]双容水箱液位控制系统设计[J]. 郝泽军. 电子技术. 2018(12)
[7]改进ABC算法的双容水箱液位控制研究[J]. 陈凯凯,戴宁,张华威,何靖. 内燃机与配件. 2018(02)
[8]一种结构优化的改进型串级调速系统[J]. 伍玩秋. 机电技术. 2017(04)
[9]基于空气流量预测的发动机空燃比三步非线性控制[J]. 王萍,林佳眉,陈虹. 农业机械学报. 2017(11)
[10]PSO-BP-PID算法在双容水箱系统中的应用[J]. 杨华伟,帕孜来·马合木提,张毅. 电气传动. 2017(05)
博士论文
[1]面向航天器运动地面模拟的电驱动移动平台轨迹规划与跟踪控制方法研究[D]. 顾万里.吉林大学 2017
[2]非线性控制方法研究及其在汽车动力总成系统中的应用[D]. 刘奇芳.吉林大学 2014
硕士论文
[1]线控四轮转向车辆的非线性控制策略研究[D]. 王伍洋.吉林大学 2019
[2]双容水箱系统的建模及内模控制方法研究[D]. 王梓漠.吉林化工学院 2018
[3]非线性水箱系统控制与故障检测方法研究[D]. 雷程.武汉理工大学 2018
本文编号：3501218
【文章来源】：吉林化工学院吉林省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
工业生产液位控制实物图
第3章基于状态反馈的串级PI控制器参数整定方法10第3章基于状态反馈的串级PI控制器参数整定方法本章主要内容是对双容水箱串级PI控制器参数整定方法进行研究，常规的串级PI控制器参数整定方法（试探法）整定严重依赖经验、整定过程繁琐，同时对控制性能难以定量分析。针对试探法的不足之处，本章以双容水箱数学模型为基础进行研究，采用极点配置法及区域极点配置法对串级PI控制器参数进行整定，并运用LMI先进方法进行参数优化，通过仿真实验验证该参数整定方法以及参数优化方法的可行性，并且优化后的控制系统控制效果明显改善。3.1Quanser双容水箱实验系统双容水箱液位系统作为该Quanser实验系统中的被控对象，其实物图如图3.1所示。图3.1双容水箱系统实物图Quanser双容水箱实验系统主要由计算机（Quanser软件）、数据采集卡、信号转换模块、功率方大器、双容水箱系统以及检测元件组成，其结构图如图3.2所示。信号线连接口上水箱上水箱漏水孔下水箱下水箱漏水孔干扰阀门蓄水槽水泵注水孔
第3章基于状态反馈的串级PI控制器参数整定方法133.2.2双容水箱液位串级控制系统前馈补偿由结构框图3.4可以看出，主回路、副回路中均有前馈补偿环节，这样可以有效提高系统的控制速度，减少系统平衡时间，前馈补偿推导过程如下：当双容水箱系统达到平衡状态，上、下水箱的液位都不再发生变化，此时的液位变化率1h0、2h0，由式（3.1）可以得出主、副回路中的前馈补偿如下100012PmghVAK（3.2）2021022001AhhA（3.3）其中，其中P0V、10h、20h为双容水箱在某一平衡点处的电压值、上水箱液位及下水箱液位值。3.3串级PI控制器参数整定3.3.1试探法试探法是最常用的PI控制器参数整定方法，该方法简单易懂、参数调节方便，一直以来为人们广泛使用，但是对于精准控制，试探法的参数调节范围大，无法快速调节出精确的控制器参数[28]。下面将使用试探法对串级PI控制器进行参数整定，并带入图3.5所示的控制器仿真模型中进行仿真实验。图3.5串级PI控制系统仿真模型图运用试探法进行参数整定，需要先整定主回路、后整定副回路，根据经验试探
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LMI方法的网络化保性能PID控制[J]. 刘义才,刘斌,高俊. 高技术通讯. 2020(02)
[2]基于内模控制的氩氧精炼低碳铬铁的终点控制系统[J]. 魏丙坤,尤文,关常君. 冶金自动化. 2020(01)
[3]前馈-串级模糊PID控制废液焚烧脱硫系统优化研究[J]. 申晔龙,李明辉,赵志军,崔晨浩. 现代信息科技. 2020(01)
[4]基于预测控制开关磁阻发电机输出电压优化[J]. 雷晓犇,王传奇,李雪丰. 控制工程. 2019(08)
[5]双容水箱液位控制系统仿真研究[J]. 卢春华,巩银苗,姚现科. 现代工业经济和信息化. 2018(18)
[6]双容水箱液位控制系统设计[J]. 郝泽军. 电子技术. 2018(12)
[7]改进ABC算法的双容水箱液位控制研究[J]. 陈凯凯,戴宁,张华威,何靖. 内燃机与配件. 2018(02)
[8]一种结构优化的改进型串级调速系统[J]. 伍玩秋. 机电技术. 2017(04)
[9]基于空气流量预测的发动机空燃比三步非线性控制[J]. 王萍,林佳眉,陈虹. 农业机械学报. 2017(11)
[10]PSO-BP-PID算法在双容水箱系统中的应用[J]. 杨华伟,帕孜来·马合木提,张毅. 电气传动. 2017(05)
博士论文
[1]面向航天器运动地面模拟的电驱动移动平台轨迹规划与跟踪控制方法研究[D]. 顾万里.吉林大学 2017
[2]非线性控制方法研究及其在汽车动力总成系统中的应用[D]. 刘奇芳.吉林大学 2014
硕士论文
[1]线控四轮转向车辆的非线性控制策略研究[D]. 王伍洋.吉林大学 2019
[2]双容水箱系统的建模及内模控制方法研究[D]. 王梓漠.吉林化工学院 2018
[3]非线性水箱系统控制与故障检测方法研究[D]. 雷程.武汉理工大学 2018
本文编号：3501218
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