三容水箱实验系统.ppt

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1、三容水箱实验系统建模仿真与控制研究答辩学生：胡宗乾指导教师：于佐军时间：6月25日三容水箱实验系统建模仿真与控制研究研究的主要内容及意义三容实验水箱工作原理建立数学模型实验水箱模型仿真实验水箱模型控制研究的主要内容针对实验室三容水箱是较为典型的非线性这一特点，通过机理建模的方法建立了三容水箱的一般数学模型，通过机理建模得到的微分方程对三容水箱系统进行仿真，再通过控制算法对整个系统进行简单的PID控制。研究的意义“水箱系统”是液位控制问题的典型的代表，对液位控制问题进行认真和透彻的研究，包括对水箱系统的模型的建立，仿真分析，仿真控制，及系统的典型的非线性的分析，对所有这

2、些的认真分析和掌握，对从事自动控制系统的工程技术人员来说，具有很重要的意义。三容实验水箱工作原理对于被控参数水箱液位，平衡后当入口流量变大时，流入量大于流出量,导致液位上升。同时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的平衡关系，即液位上升到一定高度时，使流出量增大到与流入量相等，重新建立起平衡关系,使液位最后稳定在某一高度上，反之，液位会下降，并最终稳定在另一高度上。建立水箱的数学模型“水箱系统”液位控制系统的工艺过程结构如图机理建模的微分方程上水箱：中水箱：下水箱：化简后的微分方程是：参数的处理中水箱上水箱参数的处理通过最小二乘法曲线

3、拟和进行修正：上水箱：l=0.002m时；k=2.0290;l=0.004m时；k=1.2308;l=0.005m时；k=2.4094;l=0.006m时；k=2.8064;l=0.008m时；k=3.5923;参数的处理通过最小二乘法曲线拟和进行修正：中水箱：l=0.002m，k=0.9739;l=0.004m，k=1.7889;l=0.005m，k=2.3131;l=0.006m，k=2.5608;l=0.008m，k=3.3511;阻力板的处理上水箱k与l关系中水箱k与l关系a=470.3545；a=442.2186最后的微分方程设定参数的初值l1=0.008m;

4、l2=0.008m;l3=0.005m;l4=0.006m;当流量0.858时与实际测量的液位的高度0.117比较误差为（0.117-0.1046）/0.240=5.17%；三容水箱实验系统模型的控制与分析本次采用的是一种单回路控制，控制逻辑结构图如图所示：设定值设为SV=0.150时控制效果图：曲线1为参数为：Ts=2；Kp=3.0；Ti=200；Td=0；曲线2参数为：Ts=2；Kp=4.0；Ti=200；Td=0；曲线3参数为：Ts=2；Kp=3.0；积分时Ti=150；Td=0；开环时，MV由10%按照10%的阶跃递增到90%再有90%按照10%的阶跃递减到1

5、0%时，液位的变化曲线设定一组PID参数：Kp=3.0，Ti=150，Td=0,设定值SV=0.04,0.08，0.12，0.16，0.20观察控制效果，系统控制曲线如图所示完毕！感谢，各位老师！感谢于佐军老师给予的支持与帮助！