建模就是根据过程的内在机理，写出各种有关的平衡方程，例如物质平衡方程，能量平衡方程，动量平衡方程，反映流体流动传热传质化学反应等基本规律的运动方程，物性参数方程和些设备的特性方程等，从中获得所需的数学模型。机理法建模也称为过程动态学方法，它的特点是把研究的过程视为个透明的匣子，因此建立的模型也称为白箱模型。机理法建模的主要步骤如下根据过程的内在机理，写出各种有关的平衡方程消去中间变量，建立状态变量控制变量和输出变量之间的关系在工作点附近对方程进行增量化，建立增量化方程在共作点处进行线性化处理，简化过程特征列出状态方程和输出方程。机理建模法的首要条件是需要过程的先验知识，并且可以比较确切地对过程加以数学描述。用机理法建模时，有时也会出现模型中有些参数难以确定的情况，这时可用实验数据或实测工业数据来确定这些参数。测试法测试法建模通常只用于建立输入输出模型。它根据过程的输入和输出的实测数进行种数学运算后得到模型，主要特点是把被研究的过程视为个黑匣子，完全从外特性上描述它的动态性质，也称为黑箱模型。复杂过程般都采用测试法建模。测试法建模又可分为经典辨识法和系统辨识法两大类经典辨识法不考虑测试数据中偶然性误差的影响，只需对少量的测试数据进行比较简单的数学处理，计算工作量般较小。经典辨识法包括时域法频域法和相关分析法。采用经典辨识法，直接获得的是非参数模型，般是时间或频率为自变量的试验曲线或数据集。用阶跃函数脉冲函数正弦波函数或随机函数作用于过程，直接得到的是阶跃响应脉冲响应频率响应相关函数或谱密度，他们都是图形或数据集。对本类方法的对象，只需做出线性假定，并不需要事先确定模型的具体结构，因而本类方法使用范围广，工程上获得了广泛应用。对非线性模型，可以直接作为辨识结果，即直接用阶跃响应或脉冲响应作为对象模型有时还需要将图形或数据集转化为传递函数或其他形式的参数模型。系统辨识法其特点是可以清除测试数据中的偶然性误差即噪声的影响，为此就需要处理大量的测试数据，计算机是不可缺少的工具。它所涉及的内容很丰富，已形成个专门的学科分支。系统辨识方法不需要过程的先验知识。阶跃响应法阶跃响应法建模是实际中常用的方法，其方法是获取系统的阶跃响应。基本步骤是首先通过手动操作使过程共作所需测试的稳态条件下，稳定运行段时间后，快速改变过程的输入量，并用纪录仪或数据采集系统同时记录过程输入和输出的变化曲线，经过段时间后，过程进入新的稳态，试验结束得到的记录曲线就是过程的阶跃响应。多容过程是指有多个贮蓄容量的过程，多容过程可分为有相互影响的多容过程和无相互影响的多容过程。双容过程是最简单的多容过程，本设计以双容过程为例，分析多容过程的数学建模。有相互影响的双容建模图的双容器之间有串联在起的管路，管路的流量不仅与容器的液位有关，也与容器的液位有关。所以不仅容器的液位会影响容器的液位，容器的液位也会影响容器的液位，两容器相互影响。图有相互影响的双容液位过程两容器的液位和流出量之间都为非线性关系，有其中，和分别为容器容器的比例系数，与手动阀门开度有关若设容器容器相应的线性化水阻分别为何则有如此有过程的数学描述令，，经整理有得出与得关系如下对式求导，再代入式有类似方法可推出与的关系。最后导出容器容器的过程传递函数分别为可见两个环节都是二阶的。式也可以写成其中，，。从上述分析可知，该过程是个典型的二阶环节，其动态特性取决于自振荡频率和阻尼系数。当时，系统特性为过阻尼特性，变化较为缓和当时，过程特性为衰减振荡，越小则衰减的越慢，而振荡频率与自振荡频率有关当时，系统特性呈等幅振荡，此时振荡频率为。无相互影响的多容过程无相互影响图串级控制系统的阶跃响应曲线串级控制系统的仿真框图串级控制系统的阶跃响应曲线对于串级控制系统，在系统稳定运行大约后，图加幅值为设定值的二次阶跃扰动信号，系统的响应曲线如图所示，此时系统的调节时间大约为。，图串级控制系统二次干扰作用下的响应曲线仿真框图扰动信号单独作用下的输出曲线设定值和扰动同时作用下的输出曲线对于串级控制系统，在系统稳定运行大约后，突加幅值为设定值的次阶跃扰动信号，系统的响应曲线如图所示，此时系统的调节时间大约为。，图串级控制系统次干扰作用下的响应曲线仿真框图扰动信号单独作用下的输出曲线设定值和扰动同时作用下的输出曲线对于串级控制系统，在系统稳定运行大约后，突加幅值为设定值的次和二次阶跃扰动信号，系统的响应曲线如图所示，此时系统的调节时间大约为。图串级控制系统次和二次干扰同时作用下的响应曲线仿真框图扰动信号单独作用下的输出曲线设定值和扰动同时作用下的输出曲线从上面的仿真曲线可以看出，串级控制系统比单回路控制系统具有更好的控制效果。第五章总结和展望经过三个月的时间，我的论文终于完成了，回想起这三个月的艰辛，让我觉得很值得。刚开始拿到论文时间，我对题目还不是很明白，就想通过上网查资料，希望能找到篇模样的论文，可还是没找到，就在这找资料的过程中，我明白了很多东西，我看了很多篇相关论文，从中知道了题目的意思，和论文写作思路。我做的是多容液位控制，是以串级的双容液位控制过程来做的，在做论文的过程中用到了的仿真，数学建模和控制，数学模型的建立和控制是本论文的基础，如果没有这两个部分，我就没办法去做仿真。问题出现最多的就是仿真过程，刚开始仿真的时候，我以为建立模型然后就能达到预期的结果，没想到我参数没有调节好，以致我在仿真的这个地方用了很长时间，最后还是在老师和同学的帮助下完成的。所有的工作做完以后就是论文的定稿了，由于我以前做的东西很散，所以整理起来不是很容易，不过最后还是整理出来了，看着我自己做出来的论文，我觉得工作已经完成了，便发给老师看初稿，结果说我内容作的太单调，仿真方法单，于是我又开始了修改的工作。单是因为我只有串级控制，所以我又做了个单回路控制过程，又来比较两者的优越，通过仿真结果得出的波形，来说明问题，而不是通过单的文字描述来说理。然后又对用到过的软件做了些简介。经过再三修改，论文终于完成了，也通过了老师的认可，论文终于定稿了。论文写作的过程虽然很累，但努力终归得到了收获，自己觉得很自豪，回首走过的路，觉得现在心中平静多了。研究展望本文对多容液位的研究只不过是基本双容液位的基础之上，所涉及的也不过是多容液位的基本，还有三容乃至更多的液位控制没有涉及。在控制方面可以选择更加好的控制以提高控制精度。致谢本文是在冯老师精心指导和大力支持下完成的。冯老师以其严谨求实的治学态度高度的敬业精神兢兢业业孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多了关于液位控制方面的知识，实验技能有了很大的提高。本论文的完成也离不开其他各位老师同学和朋友的关心与帮助。再次感谢冯老师在论文开题初稿预答辩期间所提出的宝贵意见，感谢伍同学对我仿真过程的帮助，感谢宿舍全体同学对我的鼓励和支持。还要感谢同门的师兄师妹们，在涉及过程中给我以许多建议和帮助。回想整个论文的写作过程，虽有不易，却让我除却浮躁，经历了思考和启示，也更加深切地体会了法学的精髓和意义，因此倍感珍惜。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长同学朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意,最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们,参考文献过程控制与自动化仪表，机械工业出版社，潘永湘杨延西赵跃编著过程控制系统的仿真，机械工业出版社，刘文定王东林编著过程控制与应用，电子工业出版社，王正林郭阳宽编著及其在理工课程中的应用指南，西电出版社出版，陈怀琛编著三容水箱的建模及基于模型的模糊控制，控制理论与控制工程，赵科，内蒙古工业大学硕士学位论文鲁棒控制及其在三容系统中的应用，张博，吉林大学硕士学位论文三容水箱液位控制系统的研究，蔡喜翠，哈尔滨工业大学硕士学位论文基于遗传算法的系统建模与控制方法研究，徐春梅，武汉大学硕士学位论文基于智能仪表的串联双容水箱液位控制系统的设计，朱广吴君晓，河南机电高等专科学校学报基于动态矩阵的液位控制系统，陈荣保，李劲松三容水箱液位控制系统，李伟，黑龙江科技学院学报彷人多模态双容水箱控制系统研究，王武蔡子亮张元敏，许昌学院电气与信息工程学院容器液位控制系统的设计，高红陈旭王永锋，化学工业与工程双容液位控制系统的动态解耦控制，罗雄麟宋浩许峰，化工自动化及仪表中国石油大学阶跃响应模型在三容水箱中的预测控制，杜志伟陈辉尹力，林业劳动安双容液位过程如图所示。图无相互影响的双容液位过程与图相比，图的双容器之间没有串联的管路，两容器的流出阀均为手动阀门，流量只与容器的液位有关，与容器的液位无关。容器的液位也不会影响容器的液位，两容器无相互影响。由于两容器的流出阀均为手动阀门，故有非线性方程过程的原始数据模型为令容器容器相应的线性水阻分别为和其中为容器的初始液位，为容器的初始液位。则有过程传递函数而由式可以退出因此有令时间常数和，综合式和式，最终可得该过程的传递函数为可见，虽然容器的液位会影响容器的液位，但容器的液位不会影响容器，二者不存在相