水箱液位控制系统的建模与仿真.docx
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1、过程控制课程设计三容水箱液位控制系统日勺建模与仿真专业:自动化班级:组员:指导老师:重庆大学自动化学院2023年10月目录摘耍错误!未定义书签。1两种三容水箱的工作原理错误!未定义书签。1.1 三容水箱的构造错误!未定义书签。1.2 三容水箱系统的特点错误!未定义书签。2两种三容水箱的理论建模错误!未定义书签。2.1 假设及有关参数定义错误!未定义书签。2.2 执行器(阀门)的数学模型错误!未定义书签。2.3 阶梯式三容水箱的数学模型错误!未定义书签。2.4 水平式三容水箱的数学模型错误!未定义书签。3两种三容水箱模型的控制与仿真错误!未定义书签。3.1 阶梯式三容水箱的简朴PID控制错误!未
2、定义书签。3.2 阶梯式三容水箱的串级PID控制错误!未定义书签。3.3 水平式三容水箱的简朴PID控制错误!未定义书签。3.4 水平式三容水箱串级PID控制错误!未定义书签。4总结错误!未定义书签。5心得体会错误!未定义书签。5.1顾振博心得体会错误!未定义书签。5.2陈冶心得体会错误!未定义书签。5.3谢海龙心得体会错误!未定义书签。参照文献错误!未定义书签。附录错误!未定义书签。所用参数及其数值错误!未定义书签。摘要三容水箱是工业过程中许多被控对象的经典抽象模型,在非线性、大惯性过程控制研究应用中具有广泛代表性。近年来国内外许多学者对三容水箱系统的建模措施、控制算法及故障诊断等方面进行了
3、探讨。深入研究三容水箱系统B控制算法并构建目前试验教学系统,在工业控制领域和工程控制论教学中都具有较为重要的理论和实际应用价值。本设计通过对阶梯式、水平式这两种经典的水平式三容水箱系统分别进行理论建模,再分别加入了简朴P1D和串级P1D控制器,并且在MAT1AB0Simu1ink仿真平台上搭建了对应0控制系统框图,对阶跃响应下0输出信号进行了仿真,实现了对两种三容水箱液位控制系统的控制。1两种三容水箱的工作原理1.1 三容水箱的构造三容水箱主体由3个圆柱型玻璃容器(TankI(T1)、Tank2(T2)、Tank3(T3)、4个阀门(VT0、VTRVT2、VT3、VT4)、一种增压泵、一种蓄水
4、池和响应区J连接部件构成。试验台工作时,增压泵抽出储水箱内的水,通过比例电磁阀VTO注入容器T1T1内的J水再通过VT1、VT3依次流入T2和T3中,最终通过VT3流回蓄水池中,构成了一种封闭B回路。通过各个阀门(VTOVT3)开关状态的不一样组合,可构成各阶控制对象和不一样B控制系统。下图是两种不一样形式的!三容水箱0构造简图,其中图1为阶梯式三容水图2水平式三容水箱从以上两种三容水箱的构造简图我们可以懂得,水平式三容水箱的三个水箱间0耦合关系要强于阶梯式三容水箱,故对其研究更有理论意义;但阶梯型三容水箱应用较之水平式三容水箱更广泛,对其研究更具实际意义。因此,本文将分别对水平式三容水箱和阶
5、梯式三容水箱进行理论建模、控制与仿真。1.2 三容水箱系统的特点三容水箱系统是有较强代表性和工业背景的对象,具有非常重要的研究意义和价值,重要是由于它具有如下特点:(1)通过变化各个阀门日勺关闭或打开状态可构成灵活多变0对象,如一阶对象、二阶对象或双入多出系统对象等;(2)三容水箱系统是经典的非线性、时延对象,因此可对其进行非线性系统的辨识和控制等的有关研究:(3)三容水箱系统可构造单回路控制系统、串级控制系统、复杂过程控制系统等,从而对多种控制系统的研究提供可靠对象;(4)由于对三容水箱系统B控制重要通过计算机来完毕,因此,可由计算机编程实现多种控制算法来对水箱系统进行控制,为控制算法的研究
6、提供了良好的试验平台。2两种三容水箱的理论建模三容水箱液位控制系统的被控对象是三容水箱,被控参数是T3的液位,控制参数为T1的进水量,使用电动调整阀变化其开度来控制其进水量。三容水箱是液位控制系统中的被控对象。若流入量和流出量相似,水箱的液位不变,平衡后当流入侧阀门开大时,流入量不小于流出量导致液位上升。同步由于出水压力的增大使流出量逐渐增大,其趋势是重新建立起流入量与流出量之间0平衡关系,即液位上升到一定高度使流出量增大到与流入量相等而重新建立起平衡关系,液位最终稳定在某一高度上;反之,液位会下降,并最终稳定在另一高度上。由于水箱的流入量可以调整,流出量随液位高度的变化而变化,因此只需建立流
7、入量与液位高度之间的数学关系就可以建立该水箱对象的数学模型。1.1 假设及有关参数定义1此液体流动性好,粘度可忽视不计。2 .此系统所有阀门动作均无延时,且在其动作范围内遵照线性化准则。3 .此系统中所有阀门性能参数均相似,且其液阻相等,并在整个控制过程中恒定。由于此系统与实际装置有关,故将常用参数定义如下:1 .)三个发酵罐大小容积相等均为5m高,底面面积为0.27o2 .)电磁阀门控制电压为05v03 .)电磁阀的开度U的取值范围为0-1,对应控制电压的0-5V04 .)三个阀门的液阻宠=300”加2。2.2 执行器(阀门)的数学模型此系统中执行器即为阀门VTO。由假设可知,此系统中所有阀
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- 水箱 控制系统 建模 仿真