三容水箱液位控制系统

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1、万方数据第14卷第3期2004年5J{黑龙江科技学院学报JoumalofHeilon百iangInstituteofScjence＆TechnologyVoll4No3M丑v20()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：TP

2、273文献标识码：AThree—tankwatercontrolsystem三，1矿ci(AutoEn西nee五“gD。pt．Heilo“目la“gTnsmuceofscIcnPeand’rechnoIogy，Ha小ln150027，Chi衄)Abstract：Aimeda【thenon一】inearch啪cteroii“putvalveaIld1eakvalveof￡het11ree—tank、vⅢcr∞nLrol8y引em，thi8p8perdeals诵ththeudop“onofnonlinearcoInpensationa190打thnlreIacediogene脚objectt

3、osolVeobjechline耐zatjon．Inaddmon，th诂pHI圯rincroducestheuseofanalyt沁methodtofmmprccisemodelof可stembaseddnthe6nt—oTder8y吼emohject．E1p。五mentswithdig订a】PIDshowtha￡the8ystempresentsanadvanta胛(】fsmalloversho()tandoffersffeedonlofsLeadv—stateem)r．Keywords：three—tank；wa【ercontml8ystem；nonlillearcompensa【i

4、ona190“thm0引言液位是工业过程中的常见参数，具有便于直接观察、容易测量和过程时间常数一般比较小的特点。所吼，阻液位过程构成实验系统，可灵活地进行过程组态和实施各种不同的控制方案【It“。同样结构的德幽3tanks公司的j容水箱液位控制实验系统，售价高达几十万。考虑上述因素，笔者以哈尔滨工业大学控制理论与控制工程学科实验室建设为背景设计了三容水箱液位控制系统实验装置。l硬件装置三容水箱液位控制系统由水箱主体、检测元件(液收稿日期：2004一∞一29位传感器)、潜水泵、数据采集卡及工控计算机(内有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、

5、2个连接阀门、3个泄水阀门技2个调整进水阀门的步进电机和连接构件组成。”。三个玻璃容器Tank-(L)、TaIlk2(T2)和Tank，(B)通过两个连接阀门cVt和cVz依次连接。i个容器分别通过泄水阀门LVt、LV：和Lv，排出容器里的水。排出的水流进下面的回收水槽中，用来供潜水泵使用。潜水杂抽出的水通过两个进水阀门进人容器L和B，这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

6、时，万方数据第3期李伟：三容水箱液位控制系统161漂图1三容水箱液位控制实验装置矾晷1Three_tankwatercontrolsys岫e耳枷entd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门，从而调节进水流量，执行各种控制算法。三个泄水阀门LV·、LV：和Lv，可以保证实验结束后完全放掉容器中的水。2广义对象的非线性补偿2．1进水阀门的线·陛化系统所用进水阀门为对数型阀门。用F表示流量，z表示阀门开度，类似定义，，k、F。、k分别表示最大流量、最小流量、阀门最大开度，定义尺=F√F。，称为可调范围，则有关系式善=R‘亡。1’，

7、(1)J’一即有ln(})=1n(R)(≠_一1)。(2)l’础‘一可见，(，；二)与(≠一)之问呈对数关系。但是，』～5T皑在实际应用中，进水阀门f

8、5}存在死区，又存在饱和区，实际的流量特性与理想流量特性并不一致。该系统设置进水阀门的最大开度为90。，通过步进电机所走过步数表示的最大开度为5∞步。实际控制中，阀门开度从0—100步变化，流量基本为零保持不变，这是阀门的死区；阀门开度从400～500步变化．流量保持最大流量不变，这