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供水系统作为工农业生产和生活用水的基础设施,主要由水泵机组、管道阀门及变频器、数据采集设备、控制系统等构成。由于供水系统具有时变性、时滞性、非线性等特点,使得供水系统的动态模型很难通过理论分析的方法得到,而目前研究的重点侧重于供水系统的实现,缺乏对以下问题的研究:(1)缺乏运用相关软件对供水系统进行理论分析建模和物理建模研究并利用试验结果对模型仿真结果进行检验验证,对供水系统的先验知识较为缺乏;(2)经典辨识法中,一般以阶跃信号作为激励信号,对于水泵供水系统,阶跃信号难于充分激发其动态特性,获得较为满意的模型;本文以离心泵供水系统的节能运行为主要目的,针对当前存在的问题,开展了以供水系统的模型辨识为主要内容的创新研究: (1)建立了离心泵供水系统等效电路并进行了试验验证,为供水系统的研究分析提供了新的思路和方法。基于SIMULINK建模环境,对离心泵供水系统等效电路进行了建模和仿真研究;基于Simhydraulics建模环境,搭建了供水系统的物理模型并进行了仿真研究。对供水系统过渡过程进行仿真的仿真结果与试验结果相符合,验证了离心泵供水系统等效电路的可行性,为一些极端情况下的试验研究提供了一种新的模拟研究方法。 (2)为提高对供水系统模型辨识的精度,选用阶跃信号和PRBS(二进制位随机信号)两种不同的激励信号分别进行辨识试验;在此基础上,对辨识结果进行了对比分析,发现PRBS信号更能充分激发出供水系统的动态特性。分析供水系统的开环阶跃试验发现,阶跃信号的幅值取为10%Nr,即5Hz是较为合理的;对于PRBS试验,PRBS信号的幅值取为3%-5%Nr,即2Hz较为合理;该结论对于供水系统辨识试验激励信号的选取,具有参考价值。 (3)分析确定用于辨识供水系统模型的输入信号为变频器的频率输入,输出信号为供水系统的出口流量。对供水系统进行模型辨识,所选择的3阶欠阻尼传递函数模型的计算值与真机的实测值拟合的相当好,所建的模型是可信的。确定离心泵的输入为变频器的频率输入,输出为离心泵进出口压力的压差。对离心泵的模型进行模型辨识,所选择的BJ33221模型(Box-Jenkins)的计算值与真机的实测值拟合的相当好,BJ模型的性能曲线要优于传递函数的性能曲线,可知BJ模型能更好的描述离心泵的动态特性。