三容液位过程的内模控制应用研究

崔海全，赵志诚

(太原科技大学电子信息工程学院，山西太原 030024)

0 引言

液位作为工业控制中的重要参数之一，在食品加工、石油化工、冶金、能源等工业生产领域中都有涉及，因此液位是过程控制领域中非常普遍的一种被控过程［1-2］。由于液体没有确定的形状，易受设备等周围环境的影响，使液位过程通常具有时滞、非线性和时变等特性，采用常规控制方法难以满足高性能的控制要求，为此常采用基于过程模型的先进过程控制策略。然而，在实验研究和工程应用中，由于被控过程数学模型的阶数往往较高，且结构复杂，直接进行控制器的设计相对困难，因此对模型降阶方法的研究显得尤为重要，采用降阶方法可以为控制系统的设计带来极大的方便［3-4］。

“过程控制系统”课程教学中只给出了单容和双容液位过程数学模型参数的阶跃响应曲线法［5］，而对于三容液位过程数学模型的参数辨识，则没有直接的实验方法。本文将三容液位过程看作两个单容流量过程和一个单容液位过程的串联，利用机理分析和实验辨识相结合的方法，建立三容液位过程的数学模型。为方便控制器设计，根据模型降阶原理，使用多种降阶方法对高阶数学模型进行了降阶处理，最终获得基于次最优拟合法的一阶加时滞模型，所得的降价模型能较准确的反映三容液位过程的静态和动态特性，并对其进行了输入干扰开环响应特性分析。最后，根据内模控制原理设计了一种液位过程控制器，进行了三容液位过程控制实验，结果表明本文的研究与设计方法具有一定的有效性。……