基于过程控制实训装置的单容水箱建模与控制
基于SUPCONWebFieldDCS，针对过程控制实训装置，选取一阶水箱系统作为被控对象进行建模与控制。首先，根据被控对象的阶跃响应曲线，分别采用最小二乘拟合和切线法两种方法，建立了水箱系统的数学模型；其次，通过DCS系统组态实现对水箱液位的单回路控制方案；最后，设计了PID控制器，并在实验装置上实现了对水箱液位的跟踪控制。通过对实验结果的分析，表明了PID控制的有效性。单容水箱建模PID控制过程控制实训装置DCS系统组态自动控制原理课程的教学过程，存在概念抽象，理论性强的特点，学生缺乏对实际对象的认识，不易掌握课程中的难点。为了解决该问题，目前已有一些有益的探索，如开发仿真教学系统，采用开放式实验室，建立综合性试验平台。本文针对过程控制实训装置，采用一阶水箱系统作为被控对象，更加接近实际生产过程。通过单容水箱的建模及控制，可以锻炼学生机理建模、非线性系统线性化、黑箱建模以及控制器设计与参数整定的能力。最后通过DCS系统组态，实现对水箱液位的跟踪控制。一、过程控制实训装置与被控对象建模1过程控制实训装置过程控制实训装置包括上下两个水箱，左右四个非线性水箱及一个大储水箱，水箱均采用不锈钢材质。除此之外还包括一个工业用板式换热器，两个变频泵，盘管。传感器和执行器系统包括两个液位传感器、两个涡轮流量计、一个电动调节阀、一个压力变送器、两个电磁阀、两个液位开关。过程控制实训装置系统包含两个支路。支路1有变频泵1，电动调节阀，涡轮流量计1，盘管，可以直接注水到上下两个水箱以及两个球形水箱。支路2有变频泵2，压力变送器，涡轮流量计2，上下两个水箱以及右边两个球形水箱。该装置可以模拟生产过程中的液位、流量等变量，并对这些变量进行控制、测量及观察。2被控对象建模根据被控对象阶跃特性曲线求取其传递函数，通常有两种方法：一种是切线法，另一种是两点法。但因为在实际测量过程中，往往因为外界干扰数据存在误差，直接采取上面两种方法随意性差，精度差，不能完全的充分利用数据，会使误差增大。所以在这里采取最小二乘法对被控对象最佳拟合后，再求取对象模型。在控制器处于手动状态下，给定控制器60的输出，待水箱液位稳定以后，重新给定控制器65的输出，经过一段时间后，水箱液位重新进入平衡状态。记
f录该过程的实验曲线及数据。二、控制系统组态1控制方案的设置本文采用的是单回路控制方案，下水箱r