雙容液位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)
2025-03-12 04:06 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 料的平衡情況，使液位保持在工藝要求的范圍內(nèi)。本題目選用雙容水箱作為控制對象，控制方案采用單回路控制， 單回路控制系統(tǒng)又被稱為簡單控制系統(tǒng) ，它是 由一個被控對象、一個檢測元件及傳感器（或變送器）、一個調(diào)節(jié)器和一個執(zhí)行器所構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng) 。 2. 建模方法以 及 系統(tǒng)變量的確定 建模方法的選擇與分析 系統(tǒng)建?；痉椒ㄓ袡C理法建模和測試法建模兩種，機理法建模主要用于生產(chǎn)過程的機理已經(jīng)被人們充分掌握，并且可以比較確切的加以數(shù)學(xué)描述的情況；測試法建模是根據(jù)工業(yè)過程的實際情況對其輸入輸出進行某些數(shù)學(xué)處理得到，測試法建模一般較機理法建模簡單，特別是在一些高階的工業(yè)生產(chǎn)對象。對于本設(shè)計而言，由于雙容水箱的數(shù)學(xué)模型已知，故采用機理建模法。 系統(tǒng)變量的確定 圖 1 所示雙容水箱液位系統(tǒng)，由水泵 2 分別通過支路 2 向上水箱注水， ’[p0。 在支路一中設(shè)置調(diào)節(jié)閥，為保 持下水箱液位恒定，支路二則通過變頻器對下水箱液位施加干擾。試設(shè)計 單回路 控制系統(tǒng)以維持下水箱液位的恒定。 變 頻泵 2泵 1第 二 支 路引 入 干 擾第 一 支 路 圖 1 雙容水箱液位控制系統(tǒng)示意圖 中北大學(xué)課程設(shè)計說明書 2 在定性地確定目標(biāo)后，通常需要用工業(yè)過程的被控變量來定量的表示控制目標(biāo)，被控變量也是工業(yè)過程的輸出變量，根據(jù)被控變量的選用原則，這里選擇水箱 2的液位高度 2H 作為被控變量。本題中選擇水箱 1 的入 1Q 為操縱變量 。 建模參數(shù)的確定 在該液位控制系統(tǒng)中，建模參數(shù)如下： A. 控制量：水流量 Q； B. 被控量：下水箱液位； C. 控制器： PID； D. 執(zhí)行器：控制閥； 被控對象的數(shù)學(xué)模型 對象特性 的機理建模法 從工藝過程的機理出發(fā)，寫出各種有關(guān)的平衡方程（物料平衡、能量平衡等），求取被測對象的微分方程式。 輸入變量1?q,輸出變量2?q時 ,雙容對象的動態(tài)特性描述如下 : 根據(jù)物料平衡關(guān)系對水箱 1: dtdhAq 1121 ?? ??, 212 Rh?? （在水流入量和水流出量變化量極小時，水流出量和液位的關(guān)系） 兩式經(jīng)拉氏變換得 )()()( 1121 ssHAsQsQ ?? ， 212 )()( R sHsQ ? 對水箱 2: dtdhAqq 2232 ?? ??, 323 Rh?? （在水流入量和水流出量變化量極小時，水流出量和液位的關(guān)系） 經(jīng)拉氏變換得 中北大學(xué)課程設(shè)計說明書 3 )()()( 2232 ssHAsQsQ ??, 223 )()( R sHsQ ? 由 (1)、 (2)兩式得此雙容對象的動態(tài)特性： )1)(1()()(2112 ?????? sTsT KsQ sHsW ）（=式中： 2,1,AA 兩液槽的容量系數(shù) 32,RR 閥 2,3 的阻力系數(shù) 111RAT ?水箱 1 的時間常數(shù) 222 水箱 2 的時間常數(shù) K 雙容對象的比例放大系數(shù) 根據(jù)階躍響應(yīng)曲線，為了提高精度，可將數(shù)學(xué)模型改為二階慣性加純滯后來處理則其傳遞函數(shù)可推導(dǎo)為： ?）（ sW )( )(12 sQ sH?? = )1)(1( 21 ?? sTsT K se0?? 設(shè)定傳函： 在圖所示的階躍響應(yīng)曲線上求取 （ 1） )()( 212 ?? hth 時曲線上的點 B 和對應(yīng)的時間 1t ； （ 2） )()( 222 ?? hth 時曲線上的點 C 和對應(yīng)的時間 2t 然后，利用下面的近似公式計算式 【 3】
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