三容水箱液位控制系统.doc

黑龙江科技学院学报 第14卷第3期 Voll4 No 3 2004年5 J{ Joumal of Heilon百iang Institute of Scjence＆Technology M丑v 20()4 文童编号：1671— 0118(2004)03一叭60一04 三容水箱液位控制系统 李 伟 (黑龙江科技学院自动化：【程系．黑龙江哈尔滨150027) 摘要：针对三容水箱液位控制系统中进水阀和出水闽的非线性特性，提出了基于广义对象的非线 性补偿的对象线性化方法，并在系统一阶对象的基础上，利用解析法对系统建立了精确的数学模型。数 字PID控制实验表明了该方法的有效性。 关键词：三容水箱；液位控制系统；非线性补偿 中图分类号：TP273 文献标识码：A Three— tank water control system 三，1矿ci (Auto En西nee五“g D。pt．Heilo“目la“g Tnsmuce of scIcnPe and’rechnoIogy，Ha小ln 150027，Chi衄) Abstract：Aimed a【the non一】inear ch啪cter oi i“put valve aIld 1eak valve of￡he t11ree— tank 、vⅢcr∞nLrol 8y引em，thi8 p8per deals诵th the udop“on of nonlinear coInpensation a190打thnl reIaced io gene脚object to solVe objech line耐zatjon．In addmon，th诂pHI圯r incroduces the use of analyt沁 method to fmm prccise model of可stem based dn the 6nt— oTder 8y吼em ohject．E1p。五ments with dig订a】 PID show tha￡ the 8ystem presents an advanta胛 (】f small oversho()t and offers ffeedonl of sLeadv— state em)r． Key words： three— tank； wa【er contml 8ystem；nonlillear compensa【ion a190“thm 位传感器)、潜水泵、数据采集卡及工控计算机(内有 0 引 言 IsA总线插槽)构成，结构原理如图1所示。水箱主体 由3个圆柱型玻璃容器、1个回收水槽、2个连接阀门、 液位是工业过程中的常见参数，具有便于直接观 3个泄水阀门技2个调整进水阀门的步进电机和连接 察、容易测量和过程时间常数一般比较小的特点。所 构件组成。”。 吼，阻液位过程构成实验系统，可灵活地进行过程组态 三个玻璃容器Tank-(L)、TaIlk2(T2)和Tank，(B) 和实施各种不同的控制方案【It“。同样结构的德幽 通过两个连接阀门cVt和cVz依次连接。i个容器分 3tanks公司的j容水箱液位控制实验系统，售价高达 别通过泄水阀门LVt、LV：和Lv，排出容器里的水。排 几十万。考虑上述因素，笔者以哈尔滨工业大学控制理 出的水流进下面的回收水槽中，用来供潜水泵使用。潜 论与控制工程学科实验室建设为背景设计了三容水箱 水杂抽出的水通过两个进水阀门进人容器L和B，这 液位控制系统实验装置。 样就构成了一个封闭的回路。 三个容器上各装有一个由浮漂和滑动变阻器组成 l硬件装置 的自制的液位传感器作为测量元件，用来测量液位。两 个进水阀门通过两个步进电机的转动控制其开度．达 三容水箱液位控制系统由水箱主体、检测元件(液 到调节进水流量的目的。工控计算机通过数据采集卡 完成从液位传感器采集的电压信号的A／D转换，同时， 收稿日期：2004一∞一29 万方数据  第3期 李伟：三容水箱液位控制系统 161 最大开度时的流量为最大流量R。，取其余开度时的流 量与最大流量R。的比值即相对流量为被汉4量。在实际 测量中，通过测量经进水阀门1向水箱E供相同高度 (取O．1 m)的水所用的时间来间接测量相对流量。以 下只列出部分开度时的相对流量数据，见表1。 漂 表1对数型阀门实际流量数据 Table 1 n喊d咖0f 109arith】Ilic VaIve 图1三容水箱液位控制实验装置 矾晷1 Three_tank water control sys岫e耳枷ent d州ce 通过Pc机自带的并行端口输出脉冲给步进电机的驱 动器，驱动步进电机，带动步进电机所连接的进水阀 据此可作出进水阀门的实际流量特性图．如图2 门，从而调节进水流量，执行各种控制算法。三个泄水