三容水箱液位控制系统

三容水箱

第"6卷第$期黑龙江科技学院学报/;ET"6W;T$Z&K#!!6

#!!6年7月

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文章编号：（#!!6）"23"4!""5!$4!"2!4!6

三容水箱液位控制系统

李

伟

（黑龙江科技学院自动化工程系，黑龙江哈尔滨"7!!#3）

摘要：针对三容水箱液位控制系统中进水阀和出水阀的非线性特性，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"#$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：-9#3$

文献标识码：,

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位传感器）、潜水泵、数据采集卡及工控计算机（内有

!引言

结构原理如图"所示。水箱主体*+,总线插槽）构成，

由$个圆柱型玻璃容器、"个回收水槽、#个连接阀门、

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。所以，以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

$个泄水阀门及#个调整进水阀门的步进电机和连接

［

构件组成

$］

。

（、（和-&’(（三个玻璃容器-&’(-&’("-"）#-#）$-$）通过两个连接阀门./"和./#依次连接。三个容器分别通过泄水阀门0/"、0/#和0/$排出容器里的水。排出的水流进下面的回收水槽中，用来供潜水泵使用。潜这水泵抽出的水通过两个进水阀门进入容器-"和-$，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同时，完成从液位传感器采集的电压信号的,!1转换，

"，#］

。同样结构的德国

$%&’()公司的三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。

"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：#!!64!$4#8

三容水箱

第(期

李伟：三容水箱液位控制系统

3D3

图$三容水箱液位控制实验装置

%&’"$()*++,-./01.-+*23/-*34565-+7+89+*&7+/-:+;&2+

通过!"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#$%、&$’和&$(可以保证实验结束后完全放掉容器中的水。

)

广义对象的非线性补偿

!"#

进水阀门的线性化

系统所用进水阀门为对数型阀门。用!表示流量，

"表示阀门开度，类似定义，!*+,、!*-.、"*+,分别表示最大流量、最小流量、阀门最大开度，定义#/!*+,!!*-.，称为可调范围，则有关系式

!/（"01）$

*+,，

（%）

*+,

即有

2.（%）/2.

（$）（"03）。（)）

*+,*+,

可见，（!"）与（

*+,）之间呈对数关系。但是，

*+,

在实际应用中，进水阀门既存在死区，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456，通过步进电机所走过步数表示的最大开度为755步。实际控制中，阀门开度从58395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:998799步变化，流量保持最大流量不变，这是阀门的饱和区；阀门开度从3998:99步变化时，流量特性基本保持线性。

通过以下实验测定进水阀门的实际流量特性。取

最大开度时的流量为最大流量!*+,，

取其余开度时的流量与最大流量!*+,的比值即相对流量为被测量。在实际测量中，通过测量经进水阀门3向水箱;3供相同高度（取9<3*）的水所用的时间来间接测量相对流量。以下只列出部分开度时的相对流量数据，见表3。

表$

对数型阀门实际流量数据

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阀门开度!步 …… 此处隐藏：3148字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……