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1、第28卷第3期控制理论与应用Vol.28No.32011年3月ControlTheory&ApplicationsMar.2011文文文章章章编编编号号号:1000¡8152(2011)03¡0370¡05水水水箱箱箱液液液位位位系系系统统统多多多模模模型型型控控控制制制方方方法法法李晓理,石陇辉,丁大伟(北京科技大学自动化学院;北京科技大学钢铁流程先进控制教育部重点实验室,北京100083)摘要:针对水箱液位系统存在的大惯性、大时滞和非线性等特点,采用多模型控制思想设计控制律,以改善控制品质.对于三级水箱液位控制系统,
2、设计多个基于一级水箱的等价控制器,简化控制问题.将水箱液位的设定值跟踪问题转化为多个设定值跟踪问题,并由此构成多模型控制器,避免输入达到上限,从而达到优化控制的目的.采用华晟公司的A3000过程控制系统进行实验研究,结果显示，本文提出的多模型控制方案可以极大地改善控制品质.关键词:水箱液位系统;多模型;设定值中图分类号:TP273文献标识码:AMulti-modelcontrolforwaterlevelsystemLIXiao-li,SHILong-hui,DINGDa-wei(SchoolofAutomationan
3、dElectricalEngineering;KeyLaboratoryofAdvancedControlofIronandSteelProcess(MinistryofEducation),UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China)Abstract:Todealwiththedynamicpropertiesofbiginertia,bigtime-delayandnonlinearitiesofawaterlevelsystem,wepro
4、poseamulti-modelcontrolstrategytoimprovethecontrolperformances.Forawaterlevelsystemwiththreetanks,wedesignthreesimilarcontrollersbasedonthedynamicalpropertiesofonetanktosimplifythedesignprocedures.Thetrackingproblemofset-pointvalueofthewaterlevelsystemisdividedin
5、tothetrackingproblemofthreeset-pointvaluesofthemulti-modelcontrollertopreventtheinputsfromexceedingtheupperlimitsandoptimizethecontrolperformances.InanexperimentusingtheprocesscontrollerA3000ofHuaShengCo.,theresultsshowthattheproposedcontrolstrategygreatlyimprove
6、sthecontrolperformances.Keywords:waterlevelsystem;multiplemodels;set-pointvalue1引引引言言言(Introduction)的摩擦、噪声等的影响,三容水箱的精确数学模型三容水箱液位系统作为一个典型的过程控制试难以建立,采用模糊、神经元网络、自适应策略和智验设备,具有大惯性、大时滞和非线性等特点,很多能推理方法进行建模和控制器设计,往往可以取得较好的控制效果[4»7];实际过程控制系统都可以用单容或双容水箱系统的动态特性来描述.又由于液位便于直接观
7、察,也容5)建模研究.基于不同的模型,如模糊模型、线易测量,液位试验系统可进行灵活的过程组态,因此性模型、Hammerstein模型等不同模型对水箱系统进三容水箱常常被用来验证各种先进控制方法的有效行建模研究也是针对三容水箱的主要研究内容之性.近些年来,国内外学者针对水箱液位系统的研究一[8»10].已上研究多在传统的经典控制方法的基主要集中在以下几个方面:础上进行深化研究,但过于复杂的控制方法常常会1)预测控制.根据工业上易于获取的阶跃响应缺乏鲁棒性.本文将多模型控制思想应用到水箱模型设计预测控制算法,对有约束的三容水
8、箱进行液位系统,为水箱液位系统的控制提供一种基于传模型预测控制[1];统PID控制的,工程上易于实现的智能控制方法.2)故障检测与容错控制.由于三容水箱有挡板多模型控制是一种起源于20世纪70年代,又兴起泄漏、传感器失真等问题,所以常被用来研究故障检于90年代的一种智能控制方法[11,12],其研究领域大测和容错控制
