matlab基于解耦算法的水箱控制系统设计(2)

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因此，需要设计合适的控制器自动调整蓄液池的进出流量，使得蓄液池内液位保持正常水平，温度控制在一定范围内，以保证产品的质量和生产效益。这些不同背景的实际问题都可以简化为某种水箱的控制问题。所以液位和温度都是工业控制过程中重要的参数。尤其是在动态的状态下，采用适合的方法对液位与温度进行检测、控制，能收到很好的生产效果。水箱控制系统的设计应用非常广泛，可以把一个复杂的液位和温度控制系统简化成两个单独的串级控制系统来看，然后用解耦算法整合起来实现。由于液位和温度检测应用领域的不同，性能指标和技术要求也有差异，但寻找适用有效的测量目标成为一致的发展趋势，随着电子技术及计算机技术的发展，液位与温度检测的自动控制成为未来水箱控制的发展趋势，控制过程的智能自动化处理以及能够及时反映情况的监控软件良好的人机界面，操作人员在监控设备上能根据控制效果及时修正运行参数，通过这种方式能有效地减少工人的疲劳和失误，有效提高生产过程的实时性、安全性。逐渐随着计算机控制技术应用的广泛普及，自动调节可靠性的提高及价格的逐年下降，液位与温度检测的微机

控制必将得到更加广泛的应用。但是由于过程控制系统控制机构与执行机构的复杂性及控制变量间的关联性和非线性等原因,想要制作一整套不仅适合整个系统大范围控制的合适的PID 参数而且还要方便实用的相当困难,对要求控制范围宽泛、响应速度快并且连续可调系统PID 就感觉很难做到了。

在生产过程中，一定要对各个工艺过程的控制量与控制变量有着一定的控制要求。有些工艺中的变量能够直接干涉生产的质量与效率，对于产品的数量与实用价值起着决定性的作用。对于多个控制变量与控制量来说，解耦算法就显得更加重要。例如，如果需要控制精馏塔的塔顶温度，只有有效地控制压力大小的浮动曲线才能得到合格的产品，这其中就是用到了温度与压力的解耦控制，然而加热炉出口温度的上下幅度不能超出安全范围，否则又将影响后一段出产的效果，其中又要使化学反应器的反应温度维持平稳状态，只有这样才能使效率达到指标。有些工艺控制变量虽然不直接影响生产产品的质量和数量，但是保持其需要的条件曲线平稳仍是使生产获得完美控制的前提。还有类似的例子。例如，在使用蒸汽加热反应器时，如果在蒸汽总压表现状态波动剧烈的情况下，想要把反应温度控制变量控制好将极为困难，中间储槽的实际液位的高度与气柜的压力的上下曲线幅度必须控制在事先设置的范围之内，才能使物料平衡，从而保持连续的均衡生产。甚至有些工艺变量关系到是否能够安全生产，所以控制变量成了非常重要的因素。例如，生产锅炉中汽包的储水的水位、受压容器的压力等，不能够超出划定的上下限制，否则将威胁生产安全。还有一些工艺变量数据能直观地鉴定出产品的质量。例如，某些混合工业气体对环境的污染。所以，对于工业上不同内容的控制显得非常重要，减少工业生产对环境的污染同样也已纳入过程控制的目标范围，只有在将多个控制变量有效的控制在一定范围内才能做到这一点。

过程控制是在各种检测仪表、控制仪表，同样包括智能电动仪表和工业气动仪表，电脑中的模拟仪表和生产出来的智能仪表和电子计算机等自动化技术工具的帮助下完成的，这些仪表设备会对整个生产过程进行智能检测、智能监督和按照预先设定自动控制。一个过程控制系统是将被控过程和过程检测仪表两部分组成而成。在一套过程检测控制仪表系统中包括检测元件、变送器、调节器、调节阀门等一系列的传输与控制设备。要让过程控制系统变得更加使用就需要将设计在以工业过程的特性和工艺要求为基础，并且通过任务要求来筛选和选用不同过程检测控制仪表来形成系统，在设计时一定要再通过PID参数的整定，经过各种模拟实验从而实现对生产过程中的变量形成最佳控制。我认为过程控制有以下特性与必要要求：首先它是对连续工业生产流水线过程控制的自动控制。所以由于过程控制通常是指在工业中连续生产过程对于重要内容数值的自动控制，所以其被控量通常需要指定定量的控制，并且是工业要求所以一定应是可以不定时地换数值还要能够可调的。其次被控过程是多种多样、并非千篇一律的。现代工业的要求也变得越来越高，在生产中，工业控制很复杂。其中的影响因素还有体现在生产规模大小的不同，而且工艺要求各异，要求的生产产品多种多样，同样导致了在过程控制中的被控过程与被控变量是多种多样的。除了人为控制因素以外，它们的动态特性基本都有大惯性、大滞后、显示出了非线形特性。甚至有些机理复杂的控制过程至今还是没有被人们所认识，比如在本次毕业设计中要用到的解耦算法同样是现代工业的难题，因此有些更加困难的项目很难用目前过程辨识方法与一些已经经过认证的算法在电脑的软件中建立精确的数学模型，因此让设计出来的程序能适应不同要求的过程的控制并非易事。而且过程控制的控制过程大多属于慢过程，而且多半为参量控制，得到的被控对象的变量要呈线性稳定。由于被控过程具有大惯性、大滞后等特点，因此确定了在设计的过程控制的控制过程应当是属慢过程的。而且如今的过程控制方案十分丰富而且多变。伴随着现代工业流水线生产各方面的迅速发展，人们对工艺的要求越来越复杂，对控制过程的要求越来越高。如我们所知过程控制的系统设计是以被控对象所独有的特性为出发点的。但是由于工业所需过程的复杂多变，也说明了其特性大多属于多变量、分布参数、自带惯性、滞后甚至非线形显示等等。为了解决上述的问题，使得定值控制成为过程控制的一种常见解决方案。同样在石油冶炼中的控制、化工物品温度上的控制、电力的幅频控制、冶金时的温度与水的工业化的控制变量的要求等现代工业生产中，从而我们知道过程控制的主要目标是减小甚至完全消除不同的控制变量的干扰对被控变量的干涉，从而使被控变量能在曲线上显示稳定控制在事先设置的控制范围内，在这样的控制下才能使工业生产真正地将优质、高效率生产和对资源的低消耗等等目标实现。这样就讲到次次毕业设计的内容了，对于三容水箱液位定值控制系统是一种重要的过程控制，我认为它是工业上其他控制的缩影，具有非常强的代表性。所以这个控制系统在石油、化工、冶金等工业领域同样有用武之地，并得到广泛的应用。它对水箱液位要求的设定值，不同的控制变量分别利用串行控制系统，使上水箱液位以及温度保持在设定值，并以此给定值为标准，同时要对另外一个控制变量有抵抗扰动的能力。由于它有两个控制变量，上水箱液位与温度，对于两个控制变量来说各自属于单输入、单输出控制，但是对于解耦来说，是将两个不同要求的控制变量进行整合，所以通常把它们组建为过程仪表控制系统，通过两组相同的仪表相互连接实现互相的控制。