過程控制課程設(shè)計(jì)—三容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-05-18 09:36 本頁(yè)面
【正文】 行程： mm100~0 ， 環(huán)境 溫度 ： C?450~40? , ?K =，線性 閥阻 R=。 進(jìn)料口V 1V 2V 3V 4過濾罐調(diào)配罐均質(zhì)罐泵出料口F 1F 2F 2三容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 2 建立模型 被控量的選擇是控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)中必須首先解決的重要內(nèi)容，他的選擇對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，節(jié)料節(jié)能，改善勞動(dòng)條件，以及保護(hù)環(huán)境都有決定性的意義。而被 控量的選擇要求設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)工藝操作的要求，找出那些對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、環(huán)境保護(hù)等具有決定性作用，能很好地反映工藝生產(chǎn)狀態(tài)變化的參數(shù)。在植物蛋白飲料的生產(chǎn)過程中，控制要求就是使產(chǎn)品達(dá)到一定的濃度，充分發(fā)揮產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)作用。因而在物料罐內(nèi)均質(zhì)后的物料濃度最能反映生產(chǎn)過程的要求，把它作為被控量最好。但是由于，目前對(duì)于成分的檢測(cè)還存在不少問題，例如，介質(zhì)本身的物理、化學(xué)性質(zhì)及使用條件的限制，使準(zhǔn)確檢測(cè)還有困難，取樣周期也長(zhǎng)，這樣往往滿足不了自動(dòng)控制的要求，故本次設(shè)計(jì)采用物料罐內(nèi)物料的液位這個(gè)間 接參數(shù)作為被控量。 量的選擇 由于本次設(shè)計(jì)選用物料罐內(nèi)物料液位作為被控量，故在整個(gè)液位控制系統(tǒng)中最適合作為操縱量的便是物料的流速。它可以直接對(duì)均質(zhì)物料罐內(nèi)物料的液位進(jìn)行控制，同時(shí)由于兩兩相連的物料罐之間的管道長(zhǎng)度有限，對(duì)生產(chǎn)的延時(shí)影響忽略不計(jì)。故本次設(shè)計(jì)選用物料的流量作為操縱量。 模型 的選擇 單容 水箱數(shù)學(xué)模型 圖 4 所示的就是單容水箱的結(jié)構(gòu)圖，圖中不斷有 液體 流入水箱，同時(shí)也有液體 不斷由水箱流出。被控參數(shù)為水箱水位 h1，流入量 Qin由改變閥 V1 的開度u 加以控制流出量 Q1 則由用戶根據(jù)需要 改變閥 2 開度來(lái)改變。 三容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 圖 4 單容 水箱結(jié)構(gòu)圖 先分析控制閥開度 u 與液位 h1 的數(shù)學(xué)關(guān)系。設(shè)初始時(shí)刻 t=0 時(shí)，單容水箱系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，即有： （ 21） （ 22） t=0 時(shí)刻控制閥開度階躍增大，流入量 Qin 階躍增大即 （ 23） 這就使 ， 液 位 h1 開始上升。隨著 h1 上升，閥 V2 兩側(cè)差壓變大，流出量 也增大，這樣在不斷的調(diào)節(jié)下，當(dāng) 時(shí)， 液 位重新穩(wěn)定在一個(gè)全新 高度 。 在 時(shí)間內(nèi)，液體體積變化量為 ，由守恒定律可得： （ 24） 化簡(jiǎn)為： （ 25） 再改寫為增量形式： （ 26） 液位 h1 變化時(shí)，設(shè)流出單容水箱的夜體的質(zhì)量為 m，流出單容水箱的液體流速為 v，則有 （ 27） 可得流出單容水箱的液體流速為： （ 28） 三容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 則流出口的液體流速為： 或 （ 29） 其中 ， A1 為水 箱的底面積 這是一個(gè)非線性關(guān)系，在小偏差條件下可線性化為： （ 210） 其中 是流出閥門 V2 的流阻。 將 ， 代入式 可得 （ 211） 取拉普拉斯變換得到單容水箱控制通道的傳遞函數(shù)，即 （ 212） 其中 ， 圖 5 單容 水箱 液位 控制框圖 雙容水箱 的數(shù)學(xué)模型 雙容水箱機(jī)構(gòu)圖 如圖 6 所示，兩只串聯(lián)工作的水箱的流入量 Qin 由控制閥V1 的開度 u 加以控制，流出量 Q2 由用戶根據(jù)需求改變控制閥 3 的開度而決定。 三容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 圖 6 雙容 水箱結(jié)構(gòu)圖 參考單容水箱的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)守恒定律可列出下列方程：
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