双容水箱对象的建模仿真控制综合系统分析与综合设计.doc

任务一、双容水箱对象建模、仿真、控制系统分析和设计
一、实际水箱系统介绍
A3000现场系统包含三水箱，一个锅炉，一个强制换热器，两个水泵，两个流量计，一个电动调整阀。其它还包含加热管，大水箱。
1、建立二阶水箱液位对象模型
• 用机理建模（白箱）方法建立系统模型并线性化
• 用试验建模（黑箱）方法辨识被控对象数学模型，并经过仿真分析模型辨识效果

水槽模型数据曲线

水槽模型数据曲线

一阶上行模型
使用两点法
在上选择两个坐标值和，只要求0，，这三个数值之间有显著差异即可。则

式中分别为 。解得

开始稳定时候： Y=26.6251 t=1136
从曲线上取两个点 (30.31,1179) 和 （36.95,1388）

所以
同理 下行辨识结果为：

传输函数为

二阶上行建模：

开始稳定时候： Y=36.73 t=1137
从曲线上取两个点 （168,0.4） 和 （373,0.8）

解得：
所以系统传输函数为：

同理 下行辨识结果为：

所以系统传输函数为

机理建模：
设输入控制作用为u 第一个水箱液位 第二个水箱液位为
水箱1截面积为 水箱2截面积为 连接阀虹之作用为
水箱2 阀门为
(1)

(2)
把（2）带入（1）得

当系统平衡时：

在工作点处进行线性化：

综上可得：

将在处展开成泰勒级数，只取到线性项：

最终得到线性化方程为：
其中
则系统传输函数为：

解得：

一阶机理模型为：

模型比较：

二阶模型比较：

一阶模型比较：

误差分析：1.试验所用仿真装置存在误差，即系统误差。
2.在读数阶段存在估读，会产生误差；在读图取点时也有误差。
3.辨识二阶模型时，求取时间常数公式里有近似步骤。
4.构建机理模型，在线性化过程中存在近似。在机理建模线性化过程中我们将高次项舍去，造成一定误差。
试验总结：
因为试验前准备比较充足，在试验过程中并没有碰到太大问题，总体进行比较顺利；在以后实习过程中继续保持，争取以优异成绩完成实习任务。