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卧灌对象建模.doc

卧灌对象建模

不管你和我_是否有以后
2017-11-11 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《卧灌对象建模doc》,可适用于高等教育领域

卧灌对象建模第章对象建模及仿真为了实现有效的系统分析与控制首先必须正确认识系统的性质。为此人们通常借助于数学模型这一有效工具。也就是说正确地提出和建立系统的数学模型是实现系统控制的基础和前提。一般说来建立系统的数学模型有两种方法。第一种方法为机理建模方法。采用这种方法建立系统的数学模型需要深入分析系统的运动规律在某种假定的条件下按照相应的理论如质量守恒定律能量守恒定律运动学动力学热力学流体力学等的基本原理写出代表其物理过程的过程结合其边界条件和初始条件在采用适当的数学处理方法来得到能够正确反映对象的动静态的数学模型。第二种方法是辨识建模法。这种方法的要点是根据系统的实际运行或者实验过程中所得到的输入输出数据利用各种辨识算法进行数据的统计处理来建立模型的动静态数学模型。卧罐的液位控制的工艺流程简介液位是自动控制中常见的控制变量卧罐也是很常见的控制对象两者结合尽管简单但却是工业生产领域应用中最基本最常用的控制并能为复杂系统和复杂控制研究做准备。对于卧罐控制系统而言含有计算机与采集板组成的控制器、执行器、控制对象、压力传感器、变送器等。打开入口阀门液体进入卧罐内并有出口阀可以控制卧罐出口流量的大小由压力传感器检测当前液位高度数据传出与期望值进行比较并得到偏差由控制器控制阀门开度从而控制液位高度使其最终稳定在设定值处。卧罐液位控制工艺流程图见图。QiV入口阀LTLD=r卧罐V出口阀Qo储水箱图卧罐液位控制工艺流程图卧罐的机理建模实验中的卧罐为MPCE装置流程的一部分为了为以后更好的控制作铺垫所以本设计中用机理建模的方法对卧罐进行建模。由于以后的控制要求需要本次建模分为三个部分一部分是在匀速上升阶段的模型一部分是稳定阶段的模型最后一部分是干扰阶段的模型。由于实验室中的卧罐控制只有进水阀和出水阀进水阀相当于执行器所以只有出水阀能够作为干扰作用于本系统即在不同的阶段出水阀的开度不同相当于作用于系统不同的干扰且这种干扰在一定条件下是恒定的例如在本次设计中下水阀在匀速上升阶段是关闭在刚稳定的时候的开启一定的开度这样就相当于模型发生了改变同时在稳定运行一段时间后再开启到另外一个开度相当于另外一个干扰模型又发生了改变。本文中没有其他的干扰不能模拟常规的阶跃干扰要想达到每个部分的控制要求就需要对每个阶段建立相应的模型才能得到很好的控制。本次建立的模型对稳定阶段即没有出水阀作用适合任意的卧罐模型出水阀干扰作用需要根据现场的实际要求进行更改。在建模过程有些未知因素故在本设计中对卧罐建模过程提出以下的基本假设:、操作处于稳态(出水阀开启和关闭相当于两个稳态)、阀门与卧罐的传输滞后忽略(后边实际应用时再加上)、忽略出水阀的出口横截面积以一个常数代替。对于该卧罐机理建模得到模型主要是运用质量守恒和物料平衡其中涉及到主要变量如表所示。表卧罐机理建模变量表变量名符号单位卧罐的截面半径rcmh卧罐液位高度cmL卧罐的长度cmcmsQ进水阀的流量icmsQ出水阀的流量cmA出水阀的出口横截面积g自由落体加速度常数卧罐基本机理建模、卧罐侧面图所示。hrhx图卧罐的侧面示意图LSSh设阴影部分的面积为为的函数设卧罐的长度为截面的半径为r。()hr,x由上图可知=阴影部分的面积正半轴的阴影面积的倍。xrrh,,()Shhrrxdx()(()),,,,,rrh,,(),,,()hrrxdx,rrh,,(),,,,,()())hrrrhrxdx,令x,sint,则dx,costdtarcsin()rrh,,则Shhrrrhtdt()()()cos,,,,,arcsin()rrh,,,,,,()()(cos)hrrrhtdt,arcsin()arcsin()rrhrrh,,,,,,,,()()coshrrrhtdtdt,,arcsin()arcsin()rrhrrh,,,,,,,,hrrrhtdtdt()()cos,,,,,,,,()()arcsin()hrrrhrrh()卧罐容器的体积为VLSh,()将()带入()式可得()VLhrrrhrrh,,,,,,()()arcsin()Qt()当出水阀关闭时V的变化率就是流量idVdVdh()Qt,,idtdhdtdVhrrh,,,,,,,,Lrrhhrrh()()()()(),,dh,,,,,,rrhrrh()()()rr,,,,,Lrrh(),,,,,,,,rrhrrh()()(),,rh,Lrrh,,(),,,()LrrhdV即,,,()LrhrdhdVdVdh又因为代入可得卧罐的模型为()Qt,,idtdhdtdh()()QtLrhr,,,idtQt()dhi即(),dt()Lrhr,,、本文中通过的是卧罐液位的高度反馈回来调节阀门的开度调节阀和水箱有一段的距离且流量到达水箱含水高度面需要一段自由落体所以调节阀开度,Q的变化所引起的流入量需要经过一段传输时间才能对卧罐液位产生影响,i,其中通常称为纯延迟时间。Qt(),,dhi(),dt()Lrhr,,这是在出水阀没有开启时的稳态模型。、考虑到出水阀的作用这需要对出水阀门建立模型方程根据查阅相关资料得到利用伯努利方程可以得到输出流量和液位高度的关系。QAgh,由此可以也可以推出QKh,KAg,()()、由此可以考虑加入出水阀后的模型。同理根据质量守恒及物料守恒可得:dh()QtQLrhr,,,,iodtQtQ(),,,dhio由此得到:(),dt()Lrhr,,QKu,注:本文建模中没有考虑阀门的特性仅考虑阀门的流量。为uiK阀门的开度为阀门流量系数。具体的阀门流量系数及开度可在MPCE装置中的实验中得知。实验室卧罐的机理建模实验室中MPCE装置的卧罐机理和上面所分析的一样只是尺寸不不同现将实验室中的MPCE装置的卧罐尺寸参数描述如表所示。表MPCE装置的卧罐尺寸卧罐横截面半径卧罐长度卧罐体积rLVcmcmcmLr将带入相应的方程可得响应阶段的模型方程。带入式()可得没有滞后的出水阀未开的卧罐模型方程:Qt()dhi(),dt(),,h带入式子()可得到有滞后的出水阀未开的卧罐模型方程:Qt(),,dhi(),dt(),,h带入式子()可得到有滞后的出水阀开启的卧罐模型方程:QtQ(),,,dhiQKh,()(),dt(),,hK值的改变。这里于不同的干扰可以靠更改下水阀的开度系数这里相当于前面一样都没考虑阀门的开度以及流量系数的影响。

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