過(guò)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)(編輯修改稿)
2025-02-09 19:07 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 度而決定。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： （213） （214） （215） （216）其中，為兩個(gè)水箱的截面積,、為流阻，，，都以平衡狀態(tài)為起始點(diǎn)計(jì)算的增量。對(duì)以上方程組取拉普拉斯變換得到雙容水箱控制通道的傳遞函數(shù)，即 （217）其中， 。再根據(jù)其傳遞函數(shù)可得雙容水箱的控制方框圖，如圖7所示。 Q2(s) H2(s)Kuu(s) Q1(s) Q3(s)圖7 雙容水箱液位控制框圖三容水箱的結(jié)構(gòu)圖如圖 3所示，h3為第三個(gè)水箱的液位高度。在雙容水箱的控制方框圖的基礎(chǔ)上可以推導(dǎo)出三容水箱的控制方框圖，如圖 8所示。H3Ku Qin(s) Q1(s) Q2(s) u(s) + + + 圖8 三容水箱液位控制框圖與單容水箱液位控制框圖對(duì)比可以清晰地看出第二級(jí)水箱加入到控制系統(tǒng)中，只是在第一級(jí)水箱的液位輸出端加入液位與流出流量的傳遞函數(shù)，然后串接第二級(jí)的液位控制的傳遞函數(shù)即可。得到模型后，利用上述參數(shù)計(jì)算，可得到如圖9的三容水箱控制系統(tǒng)的具體過(guò)程傳遞函數(shù)的框圖圖9 三容水箱過(guò)程傳遞函數(shù)的框圖以上就是三容水箱數(shù)學(xué)模型的建立。3 算法描述在過(guò)程控制中，液位控制一般采用P調(diào)節(jié)足夠。但是，在本次設(shè)計(jì)中，三個(gè)水箱（三個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)）依次串聯(lián)，構(gòu)成三階系統(tǒng)，如果僅使用P調(diào)節(jié)，存在動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢、有穩(wěn)態(tài)誤差，因而不滿足題設(shè)中對(duì)進(jìn)行精確控制的要求。為消除穩(wěn)態(tài)誤差，要采用PI調(diào)節(jié)，兼顧響應(yīng)時(shí)間，因此算法選擇PID。另外，還有一個(gè)必須注意的地方：在對(duì)進(jìn)行控制的同時(shí)，、也要得到有效的調(diào)節(jié)。尤其是容器都有高度限制，因此，、的動(dòng)態(tài)響應(yīng)不能有過(guò)大的超調(diào)量，否則，液體會(huì)溢出容器，嚴(yán)重影響實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，更達(dá)不到對(duì)調(diào)節(jié)效果。為了對(duì)、進(jìn)行有效控制，本次設(shè)計(jì)將嘗試采用多回路串級(jí)調(diào)節(jié)。其中，內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)的目的是控制、響應(yīng)更快，超調(diào)量更小，從而使提高對(duì)的控制效果。因此，我們的控制方案是串級(jí)控制：對(duì)于控制精度要求不高的內(nèi)環(huán)，采用P調(diào)節(jié)或超前校正以提高響應(yīng)速度；對(duì)于品質(zhì)要求高的外環(huán)，采用PID或者PI調(diào)節(jié)，消除
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