基于PID控制和Simulink仿真的單容自衡水箱設計

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基于PID控制和Simulink仿真的單容自衡水箱設計

作者:趙東鵬

來源:《山東工業技術》2019年第21期

????????摘 要:本文以單容自衡水箱為被控對象,以MATLAB/Simulink為仿真工具,提出了PID控制方法,經過一系列參數整定,從而實現對單容自衡水箱液位的精確控制,并解決了傳統水箱系統響應和調節時間長,超調大的問題。使得系統具有穩、準、快的良好性能。

????????關鍵詞:單容自衡水箱;PID控制;Simulink;參數整定

????????DOI:10.16640/j.cnki.37-1222.2019.21.084

???????? 隨著科技的不斷發展和人們生活水平的日益提升,我們對用于生活當中以及大多數工業生產領域的液位控制技術提出了更高的要求,使得液位控制系統具有更好的穩定性、準確性和快速性。傳統的水箱液位大多采用包括手動控制在內的單回路控制方式,同時應用傳統的指針型機械儀表來顯示液位的當前值,如浮子式、接近開關式、電容式、聲波式等。這種控制方法往往無法使系統具有一個良好的動態和穩態性能。21世紀發展的PID控制技術是一項先進的控制技術,運用PID控制技術可以很好的改善這個問題。

????????1 單容水箱控制系統建模

???????? 如圖1所示為一個常見的單容水箱控制系統。系統由一個水箱、控制水流流入的調節閥、控制水流流出的負載閥組成。水流通過調節閥不斷地流入水箱,同時也有水通過負載閥不斷地流出水箱。水流入量Q1由調節閥開度加以控制,流出量Q2則由用戶根據需要通過負載閥加以改變。

???????? 設Q1為輸入水流量的穩態值,△Q1為輸入水流量的增量值。Q2為輸出水流量的穩態值,△Q2為輸出水流量的增量值。設h為水箱液位高度。它由兩部分組成,其中h0為水箱液位的穩態值,△h為水箱液位的增量值,即h=h0+△h。設調節閥開度為u。

???????? 設S為水箱的橫截面積,R為流出端負載閥的阻力即液阻。根據物料平衡關系,在正常工作狀態下,初始時刻系統處于平衡狀態,即:Q1=Q2,h=h0,當調節閥開度發生變化△u時,液位隨之變化。在流出端負載閥不變得情況下,液位的變化將使流出量改變。

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