Conical tank level control using fractional order PID controllers： a simulated and experimental study

In this paper, simulated and experimental results on the conical tank level control are presented. PI/PID controllers of integer order （IO） as well as of fractional order （FO） are studied and compared. The tuning parameters are obtained first by using root locus （RL） and Ziegler and Nichols methods, for comparison purposes. Next, particle swarm optimization （PSO） is employed to determine the optimal controllers＇ parameters using as fitness function the integral of the absolute value of tracking error （IAE）. From the experimental results it is concluded that PI/FOPI are the controllers presenting the lowest IAE indexes, whereas PID/FOPID controllers present the lowest energy consumption by the control signal.

基于粒子群算法参数自我调整的罐区液位自动化控制方法设计

由于采集的罐区液位信号存在大量的干扰信号,导致控制器输出的操作量不准确,从而使得液位控制值与目标值的偏差较大,控制精度偏低。为此,提出基于粒子群算法参数自我调整的罐区液位自动化控制。依据罐区的结构特点与液位控制目标,求取液位变化率与液位二阶加时滞函数,进而设计罐区模型结构,结合预设的控制逻辑和液位传感器提供的实时数据构造液位自动化控制器,并通过对罐区液位输入信号进行采样和滤波,以剔除干扰信号,由此计算输出操作量,基于此,引入粒子群算法参数自我调整方法对控制器的参数进行自适应整定,从而优化控制器参量,实现罐区液位的控制。实验结果表明,利用所提方法对罐区液位进行控制后,输出的控制值与目标值基本相符,控制精度较高。

基于智能控制算法液位控制系统的实现

利用西门子S7-1500系列PLC模组和MCGS触摸屏,实现对双容水箱系统的液位恒值控制和水箱液位的实时监控。在不需要建立被控过程的数学模型的前提下,采用了模糊控制和模糊积分控制两种智能控制算法对液位进行控制,并分析了两种智能算法的优缺点。通过现场实验证明了模糊控制算法存在静态误差,而加入积分控制后误差可以被消除。该系统具有可视性强、控制效果好等优点。

储罐液位控制节能参数仿真研究

在石油化工行业生产过程中,储罐作为一种最普通的设备被广泛应用。为保证储罐安全,储罐液位须限定在一定范围内,液位控制达到稳态的时间,直接关系到系统的稳定性及节能性。针对如何精准确定控制参数这一问题,采用仿真手段对储罐的液位控制进行研究,找到提高液位控制的节能参数,利用WINCC 7.3上位机编程软件搭建上位机工艺流程,在模块中插入C脚本语言,达到与实际运行一致的工艺参数,在STEP7 V5.5软件搭建下位机PID仿真程序,两个软件做联合仿真。仿真结果表明:在同等工况下(1000 m^(3)缓冲罐,直径11.5 m,高度10.725 m,污水外输泵排量85 m^(3)/h),比例值采用10产生的液位变化曲线达到稳态的时间与比例值采用5液位变化曲线达到稳态的时间相比缩短4 min;初步估算,每天每个泵将减少高频运行时间约为2 h,如果按照72 kW功率计算,每台泵每天节能约为72 kWh,每年节能约为2.628×10^(4)kWh,按照0.54元/kWh电价计算,每台泵每年节约运行费用1.42万元。在油田实际生产运行中,优化控制参数能起到较好的节能降耗作用,产生良好的经济效益。

一种气田新型入口过滤分离装置的设计及应用

在天然气田脱水工艺中,采用三甘醇脱水工艺的天然气处理系统需通过入口过滤分离装置脱除固体杂质、重烃组分、游离水滴以减少下游脱水负荷。在日常生产中,传统入口过滤分离装置存在腔室液位无法稳定、管线节流冻堵、天然气窜入火炬罐等问题。经分析,传统入口过滤分离装置液位无法稳定的原因主要是液位调节阀压差大、集液腔体积小。针对此问题,提出一种新型入口过滤分离装置。现场应用结果表明,该装置能够有效增加入口过滤分离装置液位调节阀背压,缓冲上游来液冲击而保障其液位稳定,减少火炬放空气,节能减排效果良好,可在天然气田的三甘醇脱水工艺系统中广泛推广应用。

一类复杂工业过程的数据驱动与PID协调控制

针对一类具有强非线性且难以建立精确数学模型的复杂工业过程,提出了一种基于PID与数据驱动的协调控制策略。在系统初始阶段,采用PID控制方法,不需要建立系统的数学模型,就能获得大量系统输入输出(I/O)数据。在系统稳态阶段,提出了多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)无模型自适应离散终端滑模控制(model-free adaptive discrete terminal sliding mode control,MFA-DTSMC)方法,该方法基于系统的紧格式动态线性化数据模型,且伪Jacobian矩阵(pseudo-Jacobian matrix,PJM)估计算法仅取决于被控对象的I/O测量数据。其次,设计了一种协调控制策略,实现了PID与数据驱动控制器之间的协调控制。以双容水箱液位系统为例进行仿真实验,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

基于扰动观测器的双容液位系统RBF神经网络滑模控制

针对双容液位系统存在的外部扰动、模型参数不确定等问题,设计了一种基于非线性扰动观测器(nonlinear disturbance observer,NDOB)的径向基函数神经网络滑模控制(radial basis function neural network sliding mode control,RNNSMC)方法。建立双容液位系统数学模型,采用积分型滑模面来提高系统的鲁棒性,在常规积分滑模控制的基础上,通过RBF神经网络(RBF neural network,RNN)对系统的非线性函数进行逼近,并设计非线性扰动观测器估计外部扰动,选用Lyapunov稳定性判据证明了控制策略的闭环稳定性。仿真结果表明,所提控制策略与积分滑模控制(integral sliding mode control,ISMC)方法相比,不需要精确的数学模型,且控制精度更高,抗干扰能力更强。

基于模糊自整定PID的双容水箱串级液位控制系统研究

双容水箱串级液位控制具有抗干扰能力强、超调量小、过渡过程较短等特点。传统的PID算法和参数整定方法难以达到期望的控制效果。因此,针对双容水箱串级液位控制,利用模糊推理的方法实现在线自整定PID参数,设计相应的模糊PID控制器,基于Simulink仿真建模,对比传统的PID与模糊自整定PID输出响应曲线发现,该模糊自整定PID系统具有更好的鲁棒性,抑制系统超调以及对控制参数变化的自适应能力更强。

基于智能化控制的循环水前池液位稳定优化研究

通过分析循环水前池液位变化对发电机组运行的影响,设计了智能化控制系统,将液位传感器采集的数据作为测量信号,通过智能化算法输出控制信号用于调节变频器,从而实现对循环水补给水泵的智能化控制。实测结果表明,该方法可以显著减小液位波动范围,有效解决大量循环水池溢流问题,提高发电机组冷却效果,可以在保障机组安全运行的基础上提升生产效率并降低能耗,有助于实现机组的降本增效。

基于模糊自整定PID的水箱液位控制

水箱液位控制系统具有时滞性、大惯性、不确定性等特点,采用传统的比例积分微分控制器(Proportional-Integral-Derivative,PID)调节难以实现液位的快速、准确调节。因此引入模糊控制理论,利用其自适应学习能力,根据实际情况调节PID控制参数,以更好地适应水箱液位控制系统的参数变化。对水箱液位控制系统进行仿真实验,实验结果表明,模糊自整定PID控制有效减少了系统响应时间和系统超调量,加强了系统的快速响应性和鲁棒性。此外,还通过随机扰动仿真实验验证了模糊自整定PID控制在抵抗干扰方面的有效性。

二次供水中转水箱水位自控方案

介绍了一种二次供水中转水箱水位自控方案,根据水箱余氯浓度变化趋势,通过历史用水量模型估算未来用水量需求,以需求动态调节水箱水位。这一自控方案对传统水箱水位控制方法进行了有益改进,确保了储水量满足用水安全,并且使供水符合优质饮用水要求。

基于组态王6.55的双容水箱控制系统设计

双容水箱作为调节和控制液位的工具,其规模不断扩大、复杂程度不断提高。传统的控制方法很难达到理想的控制效果。基于组态王6.55软件设计的控制系统,能够控制双容水箱的液位,使其处于安全范围。当液位超出安全范围时,系统进行报警并打印报表,输出当前值。主控画面能直观显示双容水箱液位控制的结果。经验证,该控制系统画面简单、直观,操作便捷,可应用于双容水箱的实际控制。

便携式卧式罐容积和液位测量的探索性设计

本文设计了一种可用于卧式罐的快速容积检测方法及一种便携式卧式罐容积液位测量装置,并结合容量比较法和几何测量法的优点,对检测介质的快速称重及被测容器液位高度的自动化进行读数。结果表明:该方法和装置不仅能有效提高检测速度,而且能大幅降低检定人员劳动强度。

双容水箱模糊Smith时滞补偿控制系统混合实验平台设计

设计了一个基于西门子S7-300PLC控制系统和双容水箱实验装置的混合实验平台,其涵盖了控制策略的仿真以及对实际对象的控制。该平台利用以太网和OPC通信,实现了控制器、被控对象及监测系统之间的数据互联传输,并以模糊Smith时滞补偿控制策略的应用验证为例,使得虚拟仿真和实际验证有机地融合在一起并能够灵活、快速地转换,提高了双容液位系统控制策略设计的可移植性,解决了系统设计和工程应用之间的脱节问题。

三容水箱液位控制系统的设计与仿真

在分析了三容水箱液位控制系统结构和相应数学模型的基础上,基于MATLAB/simulink环境建立了系统的仿真模型,并对其PID参数进行了整定,提出以分段变参数PID和自适应模糊PID相结合的方法来实现系统的控制。最后利用虚拟仪器搭建控制系统平台设计控制程序,实现对整个控制过程的监控和动态模拟。仿真研究结果验证了所设计的控制策略的有效性和正确性。

基于自适应控制的三容水箱液位控制

提出基于无模型自适应控制理论的三容水箱液位控制优化算法。根据三容水箱液位控制基本原理,建立三容水箱控制系统数学模型,利用神经网络算法对滞后时间进行优化训练,能够得到离散时间非线性三容水箱液位系统的控制,从而实现了三容水箱液位的有效控制。实验结果表明,利用改进能够提高三容水箱液位控制系统的响应速度,减少了超调量,具有优越的稳定性,效果令人满意。

卡尔曼滤波器在储罐液位监控系统中的应用

提出了基于卡尔曼滤波器的储罐液位监控方法,通过卡尔曼滤波器估计储罐的真实液位,再对其进行监测与控制。采用ST语言实现卡尔曼滤波算法,并将其应用在Rockwell PLC平台上,现场测试结果表明:卡尔曼滤波能很好地滤除储罐运行时产生的各类噪声,在判断储罐液位趋势及提高液位控制精度等方面都收到了较为理想的效果。

改进免疫PID在双容水箱控制中的优化研究

双容水箱是工业过程控制中常见的被控对象,由于液位控制具有非线性、大惯性、时变性及滞后性等特点,造成系统的稳定性差。常规控制算法很难达到较好的优化控制效果。为解决控制精度和参数整定等问题,提出一种改进免疫PID控制器,通过免疫反馈控制规律和模糊控制规则在线调整控制器的参数,使比例积分微分参数调节灵活性更强,用免疫遗传算法在全局范围内对免疫PID控制器中的参数进行离线优化。仿真结果表明改进控制算法与经典PID、一般免疫PID控制器相比具有更好的控制效果。

自适应预测控制在三容水箱液位系统中的应用

三容水箱液位系统具有典型的非线性、大滞后特点,能够很好地模拟复杂的工业液位控制对象,而经典控制理论和现代控制理论在三容水箱液位系统中很难取得好的控制效果。通过分析三容水箱物料平衡关系,构建液位控制系统模型,并进行离散化处理,结合自适应预测控制方法对三容水箱液位系统控制进行研究,并完成系统控制器的设计。仿真结果表明,自适应预测控制方法综合了自适应控制方法和预测控制方法,不仅维持了自适应控制方法本身的特性,还具备预测控制方法的控制效果好、鲁棒性强等优点。因此,与传统PID控制方法和自适应控制方法相比,自适应预测控制方法能够获得更好的控制跟踪性能,其控制精度更高,响应速度更快速。

遗传模糊优化算法在三容水箱控制系统中的仿真应用

针对存在大滞后、时变、非线性特点的液位控制系统在工况大范围变化时传统控制算法控制效果不理想的问题,提出利用模糊控制结合遗传算法的空间寻优能力,对隶属度函数的参数和模糊控制规则的后件进行综合编码优化,利用进化原理寻优来获得最佳的参数进行模糊系统自动设计的方法建立三容水箱控制系统仿真模型,在此模型上验证.仿真结果表明此方法的有效性和实用性.