矩阵分析在水箱液位控制系统中的应用.doc
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4、 专 业 控制理论与控制工程 班 级 年 月 日 2013年12月16日 矩阵分析在水箱液位控制系统中的应用摘 要:液位是工业过程中的常见参数,针对液位控制的方法有很多。本文以双容水箱的液位控制模型为研究对象,介绍了矩阵分析在液位控制系统中的应用,对双容水箱液位控制系统建立数学模型,对动态矩阵控制和解耦控制在液位控制中的应用进行了原理性分析, 结果表明,利用矩阵相关知识进行液位控制设计简单、鲁棒性强,可以提高系统的控制品质。关键词:液位控制;数学模型;动态矩阵控制;解耦控制1.引言液位控制在工业生产和日常生活中有广泛应用, 并且在不同的环境中, 稳定性、相应快速性和鲁棒性的要求也不一样, 所以
5、液位控制的控制方法也多种多样。目前常用的液位控制方法有PID控制、故障检测与容错控制、模糊控制、人工神经网络、解耦控制和预测控制等。传统PID控制运算方法简便, 控制过程易于操作, 响应迅速, 但对于液位控制有非线性、时变的不确定等问题很难达到理想的效果。水箱液位系统作为一个典型的过程控制试验设备, 具有大惯性、大时滞和非线性等特点。因此,本文以双容水箱的液位控制模型为研究对象,引入动态矩阵控制(Dynamic matrix control)和基于解耦控制算法的PID控制算法,并对这两种算法性能进行原理性分析。2.双容水箱液位控制系统数学模型2.1双容水箱液位控制实验装置介绍如图1 所示,双容
6、水箱液位控制实验装置主要由几个部分组成: 上水箱、下水箱、蓄水箱、2 个压力传感器、2 个流量传感器、2 个水泵、2 个变频器。变频器1 控制水泵1 从蓄水箱中抽水到上水箱中,上水箱底部有1 个出水口直接通到下水箱,流量传感器1 用于检测管道1 的流量,通过上水箱底部的压力传感器来检测上水箱的液位; 变频器2 控制水泵2 从蓄水箱中抽水到下水箱中,流量传感器2 用于检测管道2 的流量,通过下水箱底部的压力传感器来检测下水箱的液位。在实验中,通过相应的变频器分别控制水泵1、水泵2 实现上、下水箱液位的控制。图1 双容水箱液位控制实验装置原理图2.2控制系统数学模型建立依据物料平衡特性可得控制系统
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- 矩阵 分析 水箱 控制系统 中的 应用
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