单容水箱建模分析.doc

2016.3.8过控单容水箱建模原理1、单容储液箱液位过程-阀门开度，被控过程的输入变量Q1-流入量，中间变量Q2-流出量，中间变量h-液位，被控过程的输出变量A-储液箱横截面积（建立进水阀门开度和液位h之间的动态关系） 流入量 流出量 系统输入量:进水阀门开度% 输出量：液位h 水箱横截面积：A （储存物质的能力） 流入量Q1由大小控制 流出量Q2由出水阀控制，当2不变时液位h越高，静压越大，Q2越大 动态物质平衡关系 稳态时变量为 各变量相对稳态的增量为： 流入量、流出量的变化量的物理关系 结论： 容量系数的影响 容积系数是衡量一个过程对象存贮物质(或能量)的能力的物理量，在此水箱对象的容量系数就是水箱的截面积A。若水箱截面积越大，对于出现同样大小的不平衡流量(Q1Q2)，水箱液位h变化的速度就越小，即抵抗扰动的能力强。从这一方面来说，容量系数描述了对象抵抗扰动的能力。 时间常数TRs，当阀阻Rs不变时，水槽的截面积越大，说明要使液位上升一个单位所需的存水量就越大，因此在同样的阶跃扰动量输入下，起始上升的速度就越小，因此水位h以该起始速度达到稳态值所需的时间就越长，即时间常数T越大。因此容量系数越大，对象的惯性越大。阀阻Rs的影响o 单容水箱中，在阀门2开度一定时，流出水量Q2的大小取决于液位h的高低。换言之，水槽流出水量每变化一个单位需要液位变化多少，就取决于流出侧阀门2的阻力。即阻力表达为：o 当液位h变化范围较小时，阀门阻力Rs可近似看成常数，一般用稳态时h/Q2t来代替Rso 由于放大系数KKRs，因此，对象的阻力越大，则其放大系数K就越大。就是说在同样的阶跃扰动量输入下，稳态时阻力大的对象其h()越大。o Rs增大后其稳态值增大，且其时间常数也增大，这是因为时间常数TRs与阻力Rs也有关。进水阀流量系数K的影响进水阀流量系数越大，同样的阀门开度变化时的进水量Q1越大，显然液位的增幅就越大，系统的放大系数就越大