无抖振滑模控制器在双容水箱液位控制系统中的应用.doc

无抖振滑模控制器在双容水箱液位控制系统中的应用 阿德南德地约克和阿卜杜拉贝斯 电气与电子工程，阿塔图尔克大学，25240部，埃尔祖鲁姆，土耳其 （2012年3月20日获得?2012年10月13获得） 摘要—由于无抖振滑模控制器经常出现在实际过程控制中，所以它被提出去实现双容水箱液位控制系统的液位位置控制。控制器是由于对大参数变化，减少干扰和抑制抖动的鲁棒性而使用。双容水箱系统理论实验是在两种不同的结构中实现的：结构1，结构2。在结构1中，顶部水箱的水位是由泵控制。在2中，底部水箱的水位是由从顶部水箱流出来的水控制。通过对实验的液位控制装置实际测试的方法验证了该控制器的有效性。 关键词：液位控制系统，滑模控制 介绍 在水箱以及水箱之间的液位控制在过程工业中是一个基本的问题。过程工业获得液体被泵送，储存在水箱中然后输送到其它水箱中。传统方法PID控制是由于其可靠性，结构简单，参数调整方便而被使用去控制液位[1-3].在液位控制系统的实际应用中，一个简单的PID控制是不足以实现精确控制的。为了在现存系统中实现高精度的液位控制和良好的非线性和参数不确定性的精确追踪，它需要采用非线性的控制方法，有效地解决这些问题，实现精确控制。作为一个解决方案，模糊控制器被提出来克服非线性，参数变化和扰动[7]。自适应模糊控制器可以应用到动态模型不明确或完全不可用的系统中而且已被证明是控制非线性系统的有力工具。然而，当涉及到某些其它情况时，如大的延迟，模糊控制器的控制性能就被恶化了。同时，基于控制器的神经网络[8-12]和遗传算法[13-16]被推荐为非线性控制器设计的有效工具。两个控制器都提供诸如自适应学习，容错性，一般化和短处的优点，这些是复杂的学习算法和计算的要求。滑模控制因机械控制的应用[12，15-18]获得了更多的关注。滑模控制之所以是一种解决问题非常有效的方法，是由于其对参数变化的鲁棒性，实现简单，动态响应速度快，抗干扰。一种滑模控制的全面审查已呈现[20]，被广泛报道，滑模控制具有不必要的动作，即所谓的抖振。抖振是由于控制行为的不连续性而引起的。为了避免这种抖动，一些解决方案已在文献[19-21]提出。 在本文中，实时应用的无抖振滑模控制由于其对参数变化和抑制干扰的鲁棒性而用于液位系统的实验装置的液位控制。双容水箱系统用于两种不同的结构中：结构1和结构2.我们的研究集中在结构1中顶部水箱的液位控制上和结构2中底部水箱的液位控制上。实验结果证明该控制器对液位变化和干扰具有鲁棒性，也能遵循命令轨迹而不造成任何抖动。 双容水箱系统建模 1、单容水箱模型（结构1） 单容水箱系统由顶部水箱组成如图1所示。据提示，结构1中，泵注入水箱1而谁I型那个2不被考虑。因此，这个过程的输入是泵的电压和输出是水箱1的水位。单容水箱系统的数学模型通过联系输入水箱的体积流量和通过底部水箱洞口离开的流出率来确定。 水箱1的体积注入率和流出率可以表示为【23】 (1) (2) 其中表示出口截面而表示流出速度。表示泵的恒定体积流量而是实际的泵电压。利用伯努利方程流出速度是： (3) 其中g是地球引力常数。一句话，水箱1洞出口的横截面面积可这样计算： (4) 在式（4）中是水箱1出水口直径。利用在式（3）中给出的水箱1的流出速度可有 (5) 此外，对水箱1使用质量平衡原理，我们在L1得到如下的一阶微分方程： (6) 其中是水箱1里的横截面面积。将式（1）和（2）代入式（6），它在水箱1系统的以下形式中可被重新表示： （7） 2、双容水箱模型（结构2） 双容水箱的结构示意图如图2所示。在结构2中，泵送入水箱1，这反过来增长了水箱2.就水箱1而言，方程与先前在（2.1）部分应用的相同。然而，水箱2中运动的液位方程还需要被导出。在双容水箱中，系统状态是水箱1中的位置L1和水箱2中的