一种改进型动态矩阵控制在水箱液位系统中的应用

针对三容水箱液位控制的多变量、强耦合、非线性、难以建立精确数学模型等特点,提出了在一种在状态空间方程形式下的多变量动态矩阵控制(dynamic matrix control,DMC)和分数阶PID (FOPID)控制相结合的新型模型预测控算法(MFOPID-DMC),以改善控制品质;用李雅普诺夫第二方法证明该算法的稳定性;将该算法应用在三容水箱液位控制系统,并与FOPID和DMC控制效果进行对比;仿真结果表明,该算法克服了FOPID超调大和DMC动态响应慢的不足,是一种鲁棒性较强、控制精度高的控制策略,较好地解决了三容水箱液位控制系统的耦合性、难以建立数学模型等问题.     

T-S模糊算法在水箱液位非线性控制中的应用

通过实验手段及机理建模法获得多容水箱液位控制的分段线性化数学模型,从而采用T-S型模糊算法构成控制器,不仅能在每个模糊子区间中建立分段线性模型,还能借助隶属度函数将各分段线性模型平稳地连接成一个整体非线性系统模型,有效克服参数突变而引起的扰动,进一步提高控制系统动态响应性能。     

非线性-时延系统控制律研究及可视化仿真

三容水箱是较为典型的非线性、时延对象,它不仅提供了面向教学的常用控制算法验证实验,也为先进控制理论的研究与实现提供了方便的实验环境.论文根据已有的三容水箱数学模型,研究了经典PID控制推荐参数的得出,史密斯预估和模糊控制对大惯性、大迟滞系统的补偿,并利用MATLAB对于PID控制,史密斯预估以及模糊控制进行仿真.通过对仿真结果的分析,本文发现对于非线性、大惯性、大延迟的系统史密斯预估和模糊控制的效果要比PID控制更好,同时史密斯预估的控制效果要好于模糊控制.最后利用MATLAB GUI设计可视化界面显示上三种仿真结果,同时GUI能实现输出动态响应曲线和显示相应水箱液位控制实时动画,以及绘制根轨迹和伯德图等功能.     

基于组态软件的三容水箱控制系统设计

在三容水箱物料平衡的基础上,建立系统的方程,在平衡点时非线性函数进行泰勒展开并进行简化处理,建立了三容水箱系统的模型.为研究不同的典型对象,讨论了利用三容水箱实验系统构成典型的一阶、二阶、三阶对象,采用力控组态软件,时整个液位控制系统进行组态,构成控制精度高,显示直观的多对象液位系统.     

基于直觉模糊集的灰色模型故障预测

复杂设备的故障特征具有不确定性,非线性等特点. 针对故障预测具有不确定性,将模糊数学中的直觉模糊集和灰色模型相结合设计故障预测的方法. 新方法利用隶属度函数设计了描述系统运行正常的正常直觉模糊子集和运行异常的异常直觉模糊子集,利用灰色模型计算系统运行的预测值,并计算预测值的正常隶属度;再分别计算预测值的正常隶属度与正常直觉模糊子集和异常直觉模糊子集的贴近程度来实现故障预报. 该方法通过三容水箱系统T2水箱水位变化预测三容水箱系统是否出现故障和通过UH-60行星齿轮盘裂纹何时开始增大的故障进行实验. 实验验证了该方法的可行性,可及时准确地预测出系统故障.     

RBF-ARX模型在三容水箱液位控制系统建模中的应用

针对三容水箱液位系统的非线性，采用RBF-ARX模型对三容液位系统进行了离线动态特性建模的研究。着重讨论了RBF-ARX模型结构的选取、模型参数辨识、RBF参数优化等问题。RBF-ARX模型与ARX模型的一步预测输出比较的结果证实了RBF-ARX模型在非线性系统建模中的优越性。     

基于神经网络的二容水箱广义预测控制

针对二容水箱的非线性特点,提出了一种基于神经网络的二容水箱广义预测控制策略。应用收敛速度较快,精确度较高的LM算法训练神经网络,推导了神经网络的导数方程,用迭代法求解输入u的雅克比矩阵和海森矩阵,继而用Newton-Raphson算法求解u,进行了对二容水箱机理模型与实际对象的控制实验,并就控制结果进行了对比分析。实验结果表明,神经网络广义预测控制(NGPC)方法在对实际的二容水箱进行控制时取得了较好的效果。     

非线性四容水箱预测控制研究

根据工业现场实际控制中实现预测控制的困难,提出了利用OPC通讯技术把Matlab与PLC/HMI工业控制系统进行集成,并实现预测控制的方案。文中还针对非线性四容水箱系统建立了机理模型,并通过在线辨识获得四容水箱模型的未知参数,从而对水箱液位进行控制。实际控制结果表明,预测控制能够很好地使水箱液位跟踪设定值,验证了该控制策略的可行性及有效性。     

一种基于输入等价干扰自适应补偿的一般模型控制新方法及其实验研究

一般模型控制（ＧＭＣ）是一种可直接利用过程模型的非线性控制方法,但建模误差和不可测扰动对控制性能有较大的影响。基于强跟踪滤波器理论,提出了一种输入等价干扰的新概念,利用ＧＭＣ方法设计控制器,并用估计得到的输入等价干扰进行自适应的前馈补,偿,提出一种新的自适应一般模型控制方法。该方法能有效地跟踪非线性过程时变参数和不可测扰动,三容水箱实验装置的实验研究验证了它的有效性。     

基于粗糙集的三容水箱故障诊断

为了解决三容水箱系统的时滞和非线性等问题,提出了一种基于粗糙理论的故障诊断模型。在三容水箱故障诊断系统中运用了改进的布尔逻辑和RST相结合的离散化算法,对连续属性进行离散化,然后利用属性约简和规则提取算法,得到了决策规则,并用测试数据进行了验证。     

分段线性流量特性的三容水箱控制算法研究

以具有分段线性流量特性的三容水箱为研究对象,分析了其结构特点和流量特性。针对其流量特性近似分段线性的特点,研究了变参数PID控制算法和TS-PID控制算法在该系统中的应用。结果表明,这两种PID控制策略都能对三容水箱实现有效控制。但相比之下,TS-PID这种策略根据液位变化,通过适用度加权产生PID控制参数,可实现参数的更平稳过渡,有利于改善控制性能。     

基于C++Builder的三容器液位系统的解藕控制

根据三容器系统工作原理建立了双入双出系统的数学模型,提出了一种基于前馈补偿的解耦方法进行三容液位控制,仿真结果表明该方法能够较好的实现三容液位的跟踪控制.     

Sensor adaptive fault tolerant control for non-linear processes

Adaptive fault tolerant control of non-linear processes is an open problem. In this paper, on the basis of a strong tracking filter (STF), an approach to sensor adaptive fault tolerant generic model control for non-linear processes is proposed. When the process runs normally, Adaptive Generic Model Control (AGMC) based on parameter estimation is used to control non-linear time-varying processes. A sensor fault model is set up by introducing a bias vector into the output equation of the process. The bias vector is estimated on-line based on the STF during every control period. With the estimated sensor bias vector and the time-varying parameters, a fault detection mechanism is developed to supervise sensors. When a sensor fault is detected, AGMC will be switched to a state estimation and soft-sensor-based GMC. This strategy constitutes a sensor-adaptive fault tolerant generic model control for non-linear processes. Experimental results on a three-tank system demonstrate the effectiveness of the proposed approach.     

矿用超声波明渠流量计的设计

针对矿井水中含有的煤粉、泥沙等杂质淤积在明渠流量计探头表面而使其无法正常工作的问题,设计了一种基于M-Bus的矿用超声波明渠流量计。该流量计由量水堰槽、智能超声波流量传感器组成,选定量水堰槽可确定实时流量与实测水头高度的关系式,通过智能超声波流量传感器测出水头高度即可计算出明渠的实时流量。实际应用表明,该流量计具有测量准确、可靠性高、操作简单等优点。     

矩形量水堰在黑林水文站低水流量测验中的运用

针对受过水断面的测流条件和人为因素等影响,水文站在低水流量测验中普遍存在精度偏低的问题,以黑林水文站为例,提出通过整治测验断面,新建矩形量水堰工程,在低水期建立水位-流量单一线以提升测验精度。量水堰定线成果通过水文三项检验,获得批复应用,提高测验精度的同时,可减轻劳动强度。结果表明,矩形量水堰可有效解决水文站低水流量测验精度偏低的问题,可为具有相同条件下的水文站低水流量测验提供借鉴。     

Robust fault detection based on compensation of the modelling error

The problem of compensation of modelling errors for the purpose of robust fault detection based on parity relations is addressed. The idea is to approximate unmodelled non-linear dynamics by a neural network model and then to remove the effects of unmodelled dynamics from the primary residuals. The design of such a compensator takes two steps. In the first, a subset of the most informative regressors is selected. The second step entails structure determination and parameter estimation by means of numerical optimization of a criterion function. The criterion reflects a compromise between the quality of approximation and the complexity of the model structure. The results from the study on a three-tank test rig are presented and a comparison between compensated and uncompensated residuals made. It is shown that the compensated residuals represent a good basis for reliable, yet sensitive enough, fault detection and isolation.     

Turbulent Flow in the Vicinity of Side Weirs in Subcritical Conditions

Side weirs are installed on the main channels wall in sewage disposal systems and irrigation networks to divert the flow. In this paper, the flow pattern in rectangular channels along a side weir is predicted using the Volume of Fluid (VOF) scheme and the standard k–ε and RNG k–ε turbulence models. A comparison between the numerical and experimental results shows the high accuracy of the numerical model. For example, the values of root mean square error (RMSE), mean absolute relative error (MARE) and correlation coefficient (R) for the lateral velocity on z = 0.183 m level are calculated 3.782, 0.399 and 0.993, respectively. According to the simulation results, as the flow approaches to the side weir plane the flow field pressure decreases suddenly and at the end of the side weir the pressure increases. Also, by advancing the flow towards the downstream of the side weir the turbulent kinetic energy of the flow within the rectangular channel decreases. For all levels, the turbulent length scale value suddenly increases by reaching the flow to the end of the side weir.     

混杂系统的虚拟对象实验室平台建设

通过对混杂系统典型实例即三水箱系统特性的分析,从系统安全的角度讨论了用于控制该系统离散状态切换序列的基于混杂自动机描述的贪婪型与周期型控制策略.依据此控制策略,利用VC＋＋与Matlab的混合编程技术开发了该混杂系统的虚拟对象实验室平台.通过对三水箱系统及仿真环境参数的设置,此平台不仅可以形象地演示虚拟对象在不同初始条件下的混杂特性,而且可以实现预定的控制策略并进行仿真研究,从而为具有此类混杂特性的混杂系统的深入研究,提供了一个虚拟的实验环境.     

CFD simulation of free-surface flow over triangular labyrinth side weir

Side weirs are extensively used in the hydraulic and environmental engineering applications. The modeling of free surface flow over a labyrinth side weir is a sophisticated problem in the hydraulic engineering. The water surface profiles over the triangular labyrinth side weirs were investigated by many of the researchers experimentally and theoretically. In this study, the free surface flow over the triangular labyrinth side weir was modeled by using Volume of Fluids (VOF) method to describe the flow characteristics in subcritical flow conditions. A valid method, Grid Convergence Index (GCI) was used to determine the numerical uncertainty of the simulation results. The simulation results were compared with experimental observations, and good agreements were obtained between the both results.     

导波雷达液位计在污水明渠流量测量中的应用

污水矩形堰流量的测量仪表选型存在一定困难,工况表现为水质波动较大、环境温度较低、水面积存泡沫。本文分析了两种常规仪表：超声波液位计、雷达液位计应用此工况的局限性。最后介绍了本项目采用的计量方法,由导波雷达液位计测量堰上水头,并换算为计量堰流量。