水箱液位控制系统的研究与建模_中华文本库
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水箱液位控制系统的研究与建模
（大庆油田装备制造集团容器分公司黑龙江大庆１６３４１４）
摘要：简单介绍过程控制的概念和背景及其发展现状，并分析水箱液位控制系统，对系统的非线性特性进行非线性补偿的研究，建立系统的各种组态模
型。水箱液位控制系统具有一定的典型性，很好的反映了过程控制在生产实际中的运用．
关键词：液位；建模；过程控制
中图分类号：ＴＰ２文献标识码：Ａ文章编号：１８７１－－７５９７（２０１０）０７１００７８－－０１
在石油、冶金、化工、造纸、建材以及热力发电等工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制称为生产过程自动化。凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制就称为过程控制。过程控制系统可以分为计算机控制系统与常规仪表过程控制两大类。其中计算机过程控制系统是近年发展起来的以计算机为核心的控制系统，它以其特有的优势和强大的功能，已成为过程控制的一个主流方向。
随着工业生产的飞速发展，人们对生产过程的自动化控制水平的要求也越来越高。每一个先进的、实用的控制算法的出现都对工业生产具有巨大的推动作用。然而，当前的学术研究成果与实际生产应用技术水平并不是同步的，甚至相差几十年。在我国，越是高深的、先进的控制理论，其研究越是局限于少数几个研究院所的狭小圈子内，也越是远离了国民生产这个应用基地。最近几年，国内一些控制领域已接近甚至超过了国际水平，然而，就先进理论应用于工业生产等领域的状况来讲，与发达国家相比却存在较大差距。
从７０年代以来，基于现代控制理论的先进控制过程（ＡＰＣ）应运而生．在控制理论方面，预测控制、自适应控制、非线性控制、鲁棒控制、以及智能控制等控制策略与方法都已成为目前国内外学术界和工程界的热门研究课题。在控制工具方面也出现了分散式控制系统。
１水箱液位控翻系统的提出
在过程工业中，被控制量通常有以下四种：液位、压力、流量、温度，而液位不仅是工业过程中常见的参数，且便于直接观察，也容易测量，过程时间常数一般比较小。以液位过程构成实验系统，可灵活地进行组态，实施各种不同的控制方案。液位控制装置也是过程控制最常用的实验装置，国外很多实验室有此类装置，如瑞典ＬＵＮＤ大学等，很多重要的研究报告、模拟仿真均出自此类装置．
１．Ｉ水箱液位控制系统的组成
水箱液位控制系统由水箱主体、检测元件（差压变送器）、潜水泵、
的前沿领域里扮演着越来越重要的角色。对大多数这类的工业过程控制来说，得到对象的精确的数学模型是一个很重要的问题．
建立对象的数学模型一般有两种方法，一种方法是：从基本物理定律，即利用各个专门学科领域提出的物质和能量的守恒性和连续性原理。以及系统（设备）的结构数据推导出模型，这种方法得出的数学模型称之为机理模型或解析模型；另一种方法是；从系统的运行和实验数据建立系统的模型，这种方法称之为系统辨识。
首先对本系统所用进水阀门的非线性特性进行讨论，并给出线性化方程；接着将对系统所用的泄水阀门的非线性特性展开详细的讨论，并给出线性化方程和非线性补偿的具体算法；最后将用解析的方法对水箱液位系统的各个对象建立精确的数学模型。
２．Ｉ对进水阀门非线性的补偿
系统所用阀门为对数型阀门，即等百分比型阀门。该阀门单位行程变化所引起的流量大小变化都与该工作点的流量本身大小成正比。用Ｆ表示流量，Ｌ表示阀门开度，类似的定义，丘。、ｆ■、ｚｈ分别表示最大流量、最
小流量、阀门最大开度，定义Ｒ＝冬ｔ，成为可调范围，则有
筹等＝置电伽?，
在直角坐标图上是一条对数曲线，实际系统取Ｒ＝３０，理想流量特性如图
一一蟛髹一
‘！—／Ｉ．
删调节器及步进电机构成，总体结构原理图如图２－Ｉ所示。水箱主体由２个
圆柱形不锈钢容器、１个回收水槽、一个连接阀门，２个泄水阀门及１个调整进水阀门的步进电机连接构件组成。
１．２水箱液位控制系统的运行原理
两个不锈钢容器Ｔｌ和Ｔ２通过连接阀门ｃｙｌ连接。两个容器分别通过泄水阀ｆ７ＬＶｌ和ＬＶ２排容器里的水，捧出的水流进下面的回收水槽中，用来供潜水泵使用，潜水泵抽出的水通过一个进水阀门进入容器Ｔｌ，这样就构成了一个封闭的回路。两个容器上各装有一个液位传感器作为测量元件，用
图２—１对数型阀门的理想流量特性
但是，在实际系统应用中，进水阀门既存在死区，又存在有饱和区，实际的流量特性与理想流量特性并不一致。本系统设置的进水阀门的最大开度为，通过１１５的传动机构与步进电机相连，即通过步进电机转动角度表示的最大开度为，已知步进电机的步距角为，则通过步进电机所走过的步数表示的最大开度为５００步。实际控制中，阀门开度从４００－５００步变化，流量保持最大流量不变。这是阀门的饱和区；阀门开度从１００－４００步变化时，流量特性基本保持线性。
实际控制时，让阀门工作在开度１００－４００上。则阀门的开度与流量里线性关系。用Ｌ表示相对开度，用ｆ表示相对流量，则其线性化方程为
ｆ＝１．７（Ｌ—Ｏ．２１（２－２）
其中Ｌ≥０．２，即实际开度Ｌ≥１００．２．２系统的建模
（下转第３５页）
来测量液位。传感器与差压变送器相连，将采样信号经变送送至舢调节
器。进水阀门通过步进电机的转动控制其开度，达到调节进水量的目的。Ｋ删调节器通过液位传感器获取信号，进行分析后输出脉冲给步迸电机的驱动器，驱动步进电机，带动步进电机连接的进水阀门从而调节进水量。执行各种控制算法。两个泄水阀ｆ－ＪＬＶＺ和ＬＶ２可以保证实验结束后完全放掉容器中的水。
２水辕系统的ｔ囊
对于非线性系统的控制，特别是多容量非线性系统，在过程控制技术
田阿万方数据
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寻找更多 ""水箱水质变化数学模型及计算机仿真研究--《武汉大学学报(工学版)》2005年05期
水箱水质变化数学模型及计算机仿真研究
【摘要】：随着在储水箱中的停留时间的增长,水中的余氯也会逐渐消耗,水质恶化.从水流的基本特性出发,分别建立了间歇操作和连续操作水箱(池)的分区数学模型,并在此基础上进行了计算机仿真应用软件的开发.还利用国外观测资料,检验了模型和仿真程序.仿真结果表明,所建的数学模型能客观地反映水箱(池)的水流混合特性.
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TU991.2【正文快照】：
随着现代高层建筑的不断增多,使用贮水池、屋顶水箱来为这些建筑进行二次供水的用户也不断增多.然而由此引发的水质污染、水质恶化的现象也越来越突出.据近年来全国大多数城市对二次供水的调查,各地二次供水中主要水质指标均有不同程度的超标.如厦门市对年二次供水
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