部分分散控制及其在四容水箱中的应用.docx

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目录：
一、前言
二、部分分散控制介绍
三、四容水箱结构及液位控制需求分析
四、四容水箱控制方案设计
五、控制结论
六、总结
一、前言
现代化工业的自动化程度越来越高，传统的控制方法已经不能满足对复杂工艺的自动化需求。在复杂的水箱液位控制系统中，传统的PID控制方法受到一些限制，比如：传统的PID控制算法离散时间步长是相同的，不能处理具有时滞的非线性动态系统，反应迟缓，容易产生振荡或者过冲等不稳定现象，因此，需要采用一种高效、可控性强、稳定性好的控制方法。部分分散控制就是其中一种比较优秀的控制方法。
二、部分分散控制介绍
部分分散控制是一种高级控制方法，它将传统的直接控制结构分解成多个子系统，每个子系统控制于一个单独的控制器。在部分分散控制中，主要分成两个部分。首先是解耦控制，其基本思路是将互相影响的变量分别控制，把条件化、传递函数化和变量相互作用简化为单点变量的影响和单点变量的曲线变换。其次是条带控制，其基本思路是将某一状态量按照有规律的条带划分，建立对应的控制模型，然后实现条带控制，这样可以减小模型误差，并且可以使控制器的计算复杂度降低。
三、四容水箱结构及液位控制需求分析
四容水箱是石化、环保等领域常见的一种储存型设备，其结构简单、使用方便、液位监测直观，容量大小千巨，涵盖生产、流程、行政等多个领域的使用需求。四容水箱一般由上、下两个空间，上面的空间用于存放介质，下面的空间主要用于存放废水和脏水，液位测量用液位计进行实时监测。
四容水箱中液位控制是关键节点，其液位控制复杂度高，具有非线性、时变性和时延的特点，使得传统的控制方法的控制效果大打折扣。
四、四容水箱控制方案设计
本文将分别采用传统PID控制算法和部分分散控制算法对四容水箱进行液位控制。
控制系统结构如图。
在方案实施中，首先采集液位的实时数值，将其送入控制器。
实现原理分别为：PID控制器中三个元素调高了若液位喷射器的反馈过大，误差值就会变得相对较小，这样液位控制系统就难以维持平稳。部分分散控制则将液位控制系统拆分成四个子系统（条带），每个条带的控制器会分别对水箱上、下两个位置高度进行控制。
五、控制结论
比较两种方案的控制效果和控制质量（参数要求复杂度、计算量、波动或过冲 ）。
通过对实验数据的分析，可以发现，部分分散控制方案明显优于传统PID控制方案，其控制精度、响应速度、稳定性和鲁棒性等指标均优于传统PID控制方案，并且节省计算开销，更加高效。
六、总结
本文以四容水箱液位控制为背景，分别比较了传统PID控制和部分分散控制两种算法在液位控制方面的效果，并且在实际应用中，将部分分散控制算法做了实验验证，结果表明其优于传统PID控制算法，具有更加稳定的控制效果和更高的控制精度。部分分散控制算法是自动化工业领域一个成熟的高级控制方案，具有较广泛的应用前景。