过程控制三水箱仿真

过程控制过程讨论课总结本次讨论课，我们做了二阶、三阶水箱的simulink仿真、PID参数整定以及换热器的simulink仿真和参数整定。我们组在课上主要讲解了三阶水箱模型及其PID参数整定，下面就是我对这次讨论课的总结：1、三阶水箱模型针对上图建立三阶水箱的数学模型：根据上面的三阶水箱数学模型，搭建Simulink模型，将三个水箱抽象为三个子系统，在子系统的内部建立流量，液位的关系。PID输出控制流量，反馈值为液位：三个子系统：输出结果：（液位）（流量）由上面的输出结果可以看出，即使是在加了噪声扰动和对象扰动的情况下，液位依然能够跟随设定值，最后稳定在设定值的一个范围内。由于中间的水箱的存在，将左右两个水箱解耦合了，即这两个水箱的液位不会直接影响，这就为两个水箱克服外部的扰动提供了有利的条件。讨论课上的收获：扰动的位置不同，对系统输出的影响也不同。例如，在模型中加入测量扰动或对象扰动，将两者的输出放在一起比较，可以发现：对象扰动发生后，负反馈控制系统可以很好地克服此类扰动，使输出跟随设定值；测量扰动发生后，可以看做是传感器出现了问题，被控变量的测量值就不准确，测量计算的偏差与实际的偏差之间存在差别，这使得PID控制器不能很好地对实际偏差作出响应来弥补这种扰动。由此可见仪表选型在工业现场中的重要性，如果选择的仪表不能够达到所需的要求，则会对整个输出产生很大的影响，而且这种影响是不易检测出的。对于做控制的人来讲，学会“封装”很重要，即将自己做的控制方案封装在一个盒子中，让不懂控制的操作人员能够很简单的操作、使用这种控制系统。这次我们做的三阶水箱模型中，我只是把每个水箱封装了一下，并没有把整个三阶水箱系统封装在一个子系统里。2、二阶水箱二阶水箱实物模型、数学模型：搭建二阶水箱的Simulink仿真模型：两个子系统如下所示：整定PID参数，得到输出曲线：H1H2二阶水箱与三阶水箱相比，数学模型简单了许多。因此我仿照三阶水箱的simulink模型，搭建了二阶水箱的仿真模型。从得到的输出曲线可以看出，在设定液位发生阶跃变换后，水箱的实际液位最终能够跟踪设定值得变化。但是，可以看出，系统依然存在着响应速度慢和积分饱和的问题。3、换热器换热器最关键的一步是数学模型的建立，经过查询资料，可以得到换热器的热平衡方程：根据上面的动态平衡关系，建立换热器的simulink模型，即将换热器作为一个子系统：换热器的前馈控制，存在两种控制方案：针对控制方案一，搭建simulink模型：得到如下输出：从输出曲线可以看出，在50s时，冷流体的入口温度发生突变，系统对于此扰动能够做出很好的响应，并且将出口温度稳定在设定值的范围内。针对控制方案二，搭建simulink模型：得到如下输出：由输出可以看出，方案二与方案一相比，系统的响应更加快速，超调量也减小，对于扰动的响应也更加灵敏。