双容水箱毕业答辩PPT培训讲解.ppt

Company Logo 安 徽 理 工 大 学 毕 业 设 计 双容水箱实验教学仿真系统开发设计 班 级： 过控08-3班 答 辩 人： 钱俊锋 指导教师：周毅钧副教授 汇报内容 安徽理工大学毕业设计 一 、研究背景及意义二、水箱建模与PID整定理论三、控制方案设计四、控制系统仿真与检验五、结论 一、研究背景及意义 双容水箱是较为典型的非线性、时延对象，工业上许多被控对象的整体或局部都可以抽象成双容水箱的数学模型，具有很强的代表性，有较强的工业背景，对双容水箱数学模型的建立是非常有意义的。同时，双容水箱的数学建模以及控制策略的研究对工业生产中液位控制系统的研究有指导意义，例如工业锅炉、结晶器液位控制。而且，双容水箱的控制可以作为研究更为复杂的非线性系统的基础，又具有较强的理论性，属于应用基础研究。 安徽理工大学毕业设计 双容水箱系统具有较强代表性和工业应用背景，具有非常重要的研究意义和价值，主要是因为它具有如下特点： 1、通过改变各个阀门的状态可构成灵活多变的对象，如一阶对象、二阶对象等； 2、双容水箱系统是典型的非线性、时延对象，所以可对其进行非线性系统的辨识和控制等相关研究； 3、双容水箱系统可构成单回路控制系统、串级控制系统、复杂过程控制系统等，从而对各种控制系统的研究提供可靠对象； 4、由于对双容水箱系统的控制主要通过计算机来完成，所以，可由计算机编程实现各种控制算法来对水箱系统进行控制，为控制算法的研究提供了良好的试验平台； 5、可以在控制过程中随时改变泄水阀门的状态，从而模拟故障的发生，这也为故障诊断的研究提供了研究对象和试验平台。 一、研究背景及意义 安徽理工大学毕业设计 二、水箱建模与PID整定理论 双容水箱系统构成图 安徽理工大学毕业设计 双容水箱数学建模 二、水箱建模与PID整定理论 安徽理工大学毕业设计 双容水箱系统构成如上图所示，它是两个串联在一起的水箱，水首先进入水 箱A，然后通过阀R1流入水箱B，再通过阀R2从水箱B中流出。水流入量Q1由变频控 制泵来加以调节，流出量Q0由用户需要改变。被控变量为水箱B的水位H2,根据结 构图可以写出两个水箱在任何时间的物料平衡方程： 水箱A： 2-1 水箱B： 2-2 其中： ， ， 2-3 ， 为水箱的截面积， ， 代表线性化水阻，Q，H和u等均以各个量的稳态值为 起始点。 二、水箱建模与PID整定理论 安徽理工大学毕业设计 将式2-3代入式2-1和式2-1，合并整理后得： 2-4 ， 2-5 其中： ， ， 从式3-15和式3-16两式中消去 得： 2-6 上式显然是一个二阶微分方程，这是被控对象两个串联水箱的反映。2-6转变 为传递函数形式为： 当过程具有纯时延，则传递函数为： 式中 为总放大系数 安徽理工大学毕业设计 PID控制基本原理图 PID控制系统主要由PID控制器和被控对象所组成，而PID控制器则由比例（P）、积分（I）、微 分（D）三个环节组成，它根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成的偏差信号e(t)，并将偏差 的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制。PID控 制器的数学模型可以用下式表示： 式中u(t)-控制器的输出； e(t)-控制器的输入，它是给定值和被控对象输出的差，称为偏差 信号； -控制器的比例系数； -控制器的积分时间； -控制器的微分时间。 二、水箱建模与PID整定理论 相比于单回路控制系统，串级控制系统在结构上多出了一个测量变送器和一个控制 器，在功能上具有非常