双容水箱控制系统的研究

论文摘要

双容水箱系统是复杂的工业过程中重要的被控对象之一,它具有强耦合和强非线性的特性,单纯采用多个单回路控制器进行控制很难取得满意的控制效果。因此,多变量强耦合强非线性系统的解耦控制,成为双容水箱系统控制中亟待解决的关键问题。但是,目前多数双容水箱系统的控制软件比较封闭,功能单一,并不能很好地实现复杂控制算法的实验研究,这给双容水箱系统的解耦控制带来很大的困难。鉴于这种现状,针对双容水箱系统的软件、硬件和解耦控制算法三个方面进行深入地研究有着较大意义和应用价值。本文依托东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室,开展了双容水箱控制系统的研究,主要工作归纳如下：(1)根据双容水箱液位耦合控制系统的实际结构,利用动态物料平衡原理建立其机理模型,将机理模型在工作点附近进行线性化得到控制器设计模型,并通过参数辨识实验得到机理模型和控制器设计模型的具体参数,为以后控制器设计和仿真提供素材；(2)针对双容水箱控制系统设计了由线性反馈控制器、解耦补偿器和非线性补偿器组成的解耦控制器,并进行了相关的理论分析和仿真研究,然后对仿真结果进行了比较和分析；(3)在Easycontrol控制软件平台上设计并开发了双容水箱系统的专用控制软件,然后对开发的专用控制软件进行了相关的结果测试和分析,验证了所设计的专用控制软件的有效性和可靠性；(4)在双容水箱系统专用控制软件上实现了对双容水箱系统的解耦控制方法的实验研究,最终得到较为满意的双容水箱液位解耦控制效果,并对取得的实验结果进行了控制效果的比较和分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景与意义
• 1.2 双容水箱控制系统描述
• 1.2.1 双容水箱系统结构与组成
• 1.2.2 双容水箱控制系统作用与特点
• 1.2.3 双容水箱控制系统的研究功能
• 1.3 双容水箱系统控制算法的研究现状
• 1.4 双容水箱控制系统的研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 双容水箱液位系统数学模型建立
• 2.1 引言
• 2.2 建模方法介绍
• 2.3 双容水箱液位耦合系统的机理模型
• 2.4 双容水箱液位耦合系统的控制器设计模型
• 2.5 双容水箱液位系统模型辨识
• 2.5.1 双容水箱系统机理模型辨识
• 2.5.2 双容水箱系统控制器设计模型辨识
• 2.6 本章小结
• 第3章 双容水箱液位系统解耦控制方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 双容水箱液位控制目标描述
• 3.3 双容水箱液位控制难点分析
• 3.4 双容水箱液位解耦控制方法研究
• 3.4.1 双容水箱液位解耦控制系统描述
• 3.4.2 双容水箱液位解耦控制器设计
• 3.5 仿真实验
• 3.6 本章小结
• 第4章 双容水箱液位控制系统控制软件的设计与开发
• 4.1 引言
• 4.2 双容水箱系统控制软件的平台实现
• 4.2.1 硬件平台
• 4.2.2 软件平台
• 4.3 双容水箱系统控制软件系统设计与开发
• 4.3.1 双容水箱系统专用控制软件的功能设计
• 4.3.2 双容水箱系统专用控制软件的开发
• 4.4 双容水箱系统控制软件测试结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 双容水箱液位控制系统的实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 双容水箱液位耦合系统解耦控制实验案例
• 5.2.1 双容水箱液位耦合系统解耦控制闭环实验
• 5.2.2 双容水箱液位耦合系统解耦控制闭环实验结果分析
• 5.3 控制效果比较
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢