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1、2.1三容水箱机理建模三容水箱实验装置44,45主体部分分为3个圆柱形玻璃容器、3个连接阀门、3个泄水阀门、1个贮水箱、3个压力传感器、2个水泵及2个电磁阀和其他连接器件。该系统三个圆柱形的有机玻璃水箱，两两之间各有连接管，中间装有球阀，最右边的水箱2的水通过管道流向底部的贮水池，而泵1和泵2又从贮水箱把水打入水箱1和水箱2。所有 三个水箱均安装了压力变送器来测量液位，可以通过控制泵1和泵2的流量1Q和2Q来 控制水箱的液位46o三容水箱主体结构如图2.1所示。PumplPumip2两个步进电机的转动直接控制两个进水电磁阀门开度，起到调节进水量的作用。工业计 算机将检测液位的压力传感器采集到的
2、信号经过数据采集板卡实现A/D转换，转换后以脉 冲的形式输出给步进电机，从而使电机控制进水电磁阀门的开度，达到调节进水量的目的, 实现控制。实验结束后可通过三个泄水阀门将水箱中的水放到贮水箱里。实验中可以通过三 个泄水阀门的组合测定水箱液位的惯性特性，也可以模拟人滞后过程现彖，同时可以模拟泄 漏故障，电磁调节阀町以起到干扰作用，所以三容水箱过程实验装置町以作为复杂系统研究 的典型对彖，也可以作为故障诊断研究对彖。T，T,T各建平衡方程，结果如21131QQdtdhA(2-1)13323QQdtdhA(2-2)232202QQQdtdhA(2-3)其未知的屋133220Q, Q,Q能用广义的To
3、rricelli规则来确定:21qazSsgn h2ghn(2-4)公式(24)中：sgn(z)参数z的符号h 相互连接的两水箱之间的液位之差，maz 一 流出系数(校正系数，无单位，真值位于0, 1之间)q 一连接管中的流量，m3/secnS 一连接管道的截面积，m2由此得到：211311313QazSsgn( hh)(2ghh)n(2-5)213233232QazSsgn( hh)(2ghh)n(2-6)212022QazS( 2gh)(2-7)定义向量:Thhhh123， (2-8)TQQQ12,(2-9)TQQQQQAAh1332201332/1() (2-10)并定义矩阵：00011
4、01AB(2-11)则AhBQdtdh0 (2-12)Tyhhh123,(2-13)三容水箱的一些参数：2A 0.0154m,52S5 10mn/g 9.81m/s,0.4502891az , 0.4615263az ,0.6114292az 2.2三容水箱系统Simulink模型的建立根据上节建立的三容水箱实验系统模型，在MATLAB/Simulink的模型窗I I中使用Simulink模块库中的模块对水箱1、水箱2、水箱3进行建模。三容水箱过程系统tankl的Simulink建模。由公式(2-1),以水泵流量1Q作为tankl输入、tankl与tank3的连接管道中液体流量13Q和tankl液位1h作为输出，考虑到实验系统运行时水箱有可能发生泄漏故障及连接管道发生阻塞。tankl的Simulink模型建立如图22所示。
