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MPCE实验装置三级液位系统建模与控制算法研究

作 者: 陈文静
导 师: 喻寿益
学 校: 中南大学
专 业: 控制科学与工程
关键词: MPCE实验装置 三级液位系统 机理建模 系统辨识 动态矩阵控制算法
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 27次
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内容摘要


在实验室不具备复现真实工业生产过程的条件下,利用具有典型对象模型的实验装置进行模拟仿真是一条研究将控制理论和算法转化为应用技术的捷径。液位是工业生产过程重要参数之一,以多功能过程控制实验装置(MPCE)为实验平台,灵活进行生产过程组态,实施各种不同的综合方案,分别构成一级,二级和三级液位控制系统。液位控制系统以液位为被控参数,进行系统建模、控制算法以及模拟仿真研究,对于控制生产过程中的物料平衡、维持生产稳定、为工艺操作条件提供依据、为装置的安全运行提供保障具有实际意义。首先简单介绍MPCE-1000实验装置结构,说明了液位控制系统组成和工作原理,通过非线性实验、离心泵实验等了解三极液位系统的工作机理,根据三级液位系统每一级流量与液位的关系分别建立数学模型。然后,在MPCE实验装置上,通过控制阀门开度的变化,给液位系统输入一个阶跃信号,观察液位随之发生的变化,利用阶跃响应法对模型参数进行辨识。最后,利用MATLAB软件对建立的模型进行PID控制仿真,将仿真结果曲线与实际三级液位系统在相同PID控制参数下的实验结果曲线进行对比,验证所建模型的准确性;针对液位系统存在时间滞后导致控制器输出与被控对象响应输出信息存在时间错位的现象,提出了动态矩阵时间对应控制策略(DM-TCPA),提高了三级液位时滞系统的控制性能,分析了其闭环系统稳定性,仿真结果表明该策略的有效性。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章 绪论  7-15
  1.1 课题研究背景及意义  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-14
    1.2.1 非线性系统建模发展概况  8-10
    1.2.2 时滞系统控制算法研究现状  10-12
    1.2.3 动态矩阵控制算法发展历程和研究现状  12-14
  1.3 本文研究的主要内容和章节安排  14-15
第二章 MPCE-1000实验装置与过程建模方法介绍  15-27
  2.1 MPCE-1000实验装置简介  15
  2.2 MPCE-1000实验系统结构与工作原理  15-18
    2.2.1 MPCE实验系统硬件构成  15-17
    2.2.2 MPCE系统软件介绍  17-18
  2.3 动态过程建模方法概述  18-23
    2.3.1 模型的重要性  19-20
    2.3.2 机理建模  20-21
    2.3.3 系统辨识  21-23
  2.4 工业过程对象的实用辨识  23-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章 三级液位系统建模与仿真  27-44
  3.1 三级液位系统的介绍  27-32
    3.1.1 三级液位系统的硬件结构及工作流程  27-29
    3.1.2 三级液位系统非线性特性试验  29-31
    3.1.3 离心泵特性试验  31-32
  3.2 三级液位系统动态建模与仿真  32-41
    3.2.1 单输入单输出一级系统(SISO)  33-35
    3.2.2 单输入单输出二级系统(SISO)  35-38
    3.2.3 单输入单输出三级系统(SISO)  38-41
  3.3 模型的验证  41-43
  3.4 本章总结  43-44
第四章 动态矩阵时间对应控制算法(DM-TCPA)  44-55
  4.1 动态矩阵控制算法(DMC)  44-47
  4.2 基于动态矩阵的时间对应控制策略(DM-TCPA)  47-52
    4.2.1 时间对应控制原则(TC)  48-49
    4.2.2 阶跃响应等效系统参数调整(PA)  49-50
    4.2.3 基于动态矩阵的时间对应控制策略闭环系统的稳定性分析  50-52
  4.3 动态矩阵时间对应控制算法仿真与运行结果  52-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章 总结与展望  55-57
  5.1 总结  55-56
  5.2 展望  56-57
参考文献  57-61
致谢  61-62
攻读硕士学位期间主要研究成果  62

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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