【摘要】：液位的精準(zhǔn)控制技術(shù)在化工生產(chǎn)、溶液過濾、飲料加工及化妝品制造等行業(yè)里得到廣泛的應(yīng)用。很多液位系統(tǒng)都可以抽象成水箱系統(tǒng)模型,水箱系統(tǒng)具有時(shí)變性、滯后性和非線性等特性,能夠很好地模擬復(fù)雜工業(yè)液位系統(tǒng)的一些特性,因此研究先進(jìn)的水箱系統(tǒng)液位控制方法,進(jìn)而指導(dǎo)一些實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)中的液位控制是非常有意義的。本課題主要針對(duì)加拿大Quanser公司生產(chǎn)的雙容水箱液位控制系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,研究利用優(yōu)化方法進(jìn)行雙容水箱建模和基于模型的雙容水箱系統(tǒng)液位精準(zhǔn)控制問題。本文首先對(duì)雙容水箱的硬件和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹,對(duì)其基本工作原理進(jìn)行了闡述,然后運(yùn)用機(jī)理法建立了理想狀態(tài)下雙容水箱液位控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在沒有流量計(jì)的前提下,設(shè)計(jì)了一種實(shí)驗(yàn)方法,對(duì)水泵的流量特性進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果發(fā)現(xiàn)水泵的驅(qū)動(dòng)電壓與水泵流量之間具有良好的線性關(guān)系,并通過擬合方法根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定了水泵流量系數(shù)�？紤]到水箱漏水孔有結(jié)垢或者是由于受到壓力和液位高度的影響,實(shí)際水流通過出水口時(shí)截面有所收縮現(xiàn)象,在數(shù)學(xué)模型中,引入上水箱和下水箱出水口截面的修定系數(shù)1?和2?,并利用粒子群優(yōu)化算法根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)辨識(shí)出這兩個(gè)系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,修定后的仿真系統(tǒng)能更好地模擬實(shí)際系統(tǒng)的特性。其次,介紹了雙容水箱液位系統(tǒng)的狀態(tài)反饋控制器的基本原理及實(shí)現(xiàn)過程,通過LQR優(yōu)化方法求取狀態(tài)反饋控制器增益,詳細(xì)討論了LQR參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。最后,針對(duì)單純狀態(tài)反饋控制存在的穩(wěn)態(tài)性能和抗干擾能力差的弊端,提出了雙容水箱的內(nèi)�？刂品椒āＴO(shè)計(jì)的控制器中,除包含有狀態(tài)變量反饋外,還包含了參考階躍輸入的內(nèi)模,本文詳細(xì)給出了控制器設(shè)計(jì)過程。利用矩陣不等式(LMI)優(yōu)化方法,通過將閉環(huán)極點(diǎn)配置在指定區(qū)域方法求取狀態(tài)反饋增益矩陣,并詳細(xì)討論了區(qū)域參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響,為實(shí)際應(yīng)用時(shí)控制器參數(shù)整定提供了指導(dǎo)性原則。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用內(nèi)�？刂频拈]環(huán)系統(tǒng)在常值跟蹤、方波跟蹤和干擾抑制方面具有更好的控制性能。
【學(xué)位授予單位】：吉林化工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ053.2

【參考文獻(xiàn)】

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1 黃勤芳;程艷;潘帥東;;雙容水箱液位系統(tǒng)的無模型自適應(yīng)控制方法研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2015年12期

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