液位控制系統(tǒng)在工業(yè)生產中應用廣泛。在許多現場,液位的精準控制對提高設備的使用壽命、保障生產安全、提升生產產品質量來說是至關重要的。作為典型的液位系統(tǒng)的模擬實驗裝置,雙容水箱的液位控制問題一直以來都是學者們研究的熱點問題。本課題主要以加拿大Quanser公司生產的雙容水箱液位系統(tǒng)作為研究對象,研究水箱液位系統(tǒng)的非線性控制方法。本文的研究內容有:（一）基于狀態(tài)反饋的雙容水箱串級PI控制參數整定方法。前饋加串級PI控制是雙容水箱液位系統(tǒng)有效的控制方案,傳統(tǒng)串級PI控制器參數整定方法過程繁瑣,試探法選取參數很難使某些需要的指標達到最優(yōu)。本文從雙容水箱數學模型入手,首先得到線性雙容水箱狀態(tài)反饋控制律與串級PI控制律之間的對應關系,將PI參數整定問題轉化為狀態(tài)反饋控制器求取問題,然后選用線性矩陣不等式（LMI）工具,通過將系統(tǒng)閉環(huán)極點配置在指定的線性矩陣不等式區(qū)域內,對狀態(tài)反饋控制器增益進行優(yōu)化,從而確定PI控制器參數。（二）雙容水箱液位系統(tǒng)的三步非線性控制方法。三步非線性控制方法由吉林大學提出,在汽車電子控制領域廣泛應用,它物理意義明確且工程實現結構簡單。本文將該方法成功引入過程控制領域,實現了... 

【文章來源】：吉林化工學院吉林省

【文章頁數】：61 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

工業(yè)生產液位控制實物圖

第3章基于狀態(tài)反饋的串級PI控制器參數整定方法10第3章基于狀態(tài)反饋的串級PI控制器參數整定方法本章主要內容是對雙容水箱串級PI控制器參數整定方法進行研究，常規(guī)的串級PI控制器參數整定方法（試探法）整定嚴重依賴經驗、整定過程繁瑣，同時對控制性能難以定量分析。針對試探法的不足之處，本章以雙容水箱數學模型為基礎進行研究，采用極點配置法及區(qū)域極點配置法對串級PI控制器參數進行整定，并運用LMI先進方法進行參數優(yōu)化，通過仿真實驗驗證該參數整定方法以及參數優(yōu)化方法的可行性，并且優(yōu)化后的控制系統(tǒng)控制效果明顯改善。3.1Quanser雙容水箱實驗系統(tǒng)雙容水箱液位系統(tǒng)作為該Quanser實驗系統(tǒng)中的被控對象，其實物圖如圖3.1所示。圖3.1雙容水箱系統(tǒng)實物圖Quanser雙容水箱實驗系統(tǒng)主要由計算機（Quanser軟件）、數據采集卡、信號轉換模塊、功率方大器、雙容水箱系統(tǒng)以及檢測元件組成，其結構圖如圖3.2所示。信號線連接口上水箱上水箱漏水孔下水箱下水箱漏水孔干擾閥門蓄水槽水泵注水孔

第3章基于狀態(tài)反饋的串級PI控制器參數整定方法133.2.2雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)前饋補償由結構框圖3.4可以看出，主回路、副回路中均有前饋補償環(huán)節(jié)，這樣可以有效提高系統(tǒng)的控制速度，減少系統(tǒng)平衡時間，前饋補償推導過程如下：當雙容水箱系統(tǒng)達到平衡狀態(tài)，上、下水箱的液位都不再發(fā)生變化，此時的液位變化率1h0、2h0，由式（3.1）可以得出主、副回路中的前饋補償如下100012PmghVAK（3.2）2021022001AhhA（3.3）其中，其中P0V、10h、20h為雙容水箱在某一平衡點處的電壓值、上水箱液位及下水箱液位值。3.3串級PI控制器參數整定3.3.1試探法試探法是最常用的PI控制器參數整定方法，該方法簡單易懂、參數調節(jié)方便，一直以來為人們廣泛使用，但是對于精準控制，試探法的參數調節(jié)范圍大，無法快速調節(jié)出精確的控制器參數[28]。下面將使用試探法對串級PI控制器進行參數整定，并帶入圖3.5所示的控制器仿真模型中進行仿真實驗。圖3.5串級PI控制系統(tǒng)仿真模型圖運用試探法進行參數整定，需要先整定主回路、后整定副回路，根據經驗試探

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于LMI方法的網絡化保性能PID控制[J]. 劉義才,劉斌,高俊.  高技術通訊. 2020(02)
[2]基于內�？刂频臍逖蹙珶挼吞笺t鐵的終點控制系統(tǒng)[J]. 魏丙坤,尤文,關常君.  冶金自動化. 2020(01)
[3]前饋-串級模糊PID控制廢液焚燒脫硫系統(tǒng)優(yōu)化研究[J]. 申曄龍,李明輝,趙志軍,崔晨浩.  現代信息科技. 2020(01)
[4]基于預測控制開關磁阻發(fā)電機輸出電壓優(yōu)化[J]. 雷曉犇,王傳奇,李雪豐.  控制工程. 2019(08)
[5]雙容水箱液位控制系統(tǒng)仿真研究[J]. 盧春華,鞏銀苗,姚現科.  現代工業(yè)經濟和信息化. 2018(18)
[6]雙容水箱液位控制系統(tǒng)設計[J]. 郝澤軍.  電子技術. 2018(12)
[7]改進ABC算法的雙容水箱液位控制研究[J]. 陳凱凱,戴寧,張華威,何靖.  內燃機與配件. 2018(02)
[8]一種結構優(yōu)化的改進型串級調速系統(tǒng)[J]. 伍玩秋.  機電技術. 2017(04)
[9]基于空氣流量預測的發(fā)動機空燃比三步非線性控制[J]. 王萍,林佳眉,陳虹.  農業(yè)機械學報. 2017(11)
[10]PSO-BP-PID算法在雙容水箱系統(tǒng)中的應用[J]. 楊華偉,帕孜來·馬合木提,張毅.  電氣傳動. 2017(05)

博士論文
[1]面向航天器運動地面模擬的電驅動移動平臺軌跡規(guī)劃與跟蹤控制方法研究[D]. 顧萬里.吉林大學 2017
[2]非線性控制方法研究及其在汽車動力總成系統(tǒng)中的應用[D]. 劉奇芳.吉林大學 2014

碩士論文
[1]線控四輪轉向車輛的非線性控制策略研究[D]. 王伍洋.吉林大學 2019
[2]雙容水箱系統(tǒng)的建模及內�？刂品椒ㄑ芯縖D]. 王梓漠.吉林化工學院 2018
[3]非線性水箱系統(tǒng)控制與故障檢測方法研究[D]. 雷程.武漢理工大學 2018



本文編號：3501218