智能PID算法在液位控制系统中的应用.doc

智能PID算法在液位控制系统中的应用
丁芳李艳芳费玉龙
（中国民用航空学院交通工程学院天津300300）
E-mail:[e-mail]
摘要：针对自己开发的液位控制系统参数难以调整的问题，本文提出了一种智能PID的液位控制方法。智能PID控制算法是在常规PID控制算法的基础上，根据前人和专家的经验以及操作人员的实际经验，针对具有大滞后、时变、非线性系统对象而提出的控制算法。该算法是分段进行调节的，它既有较好的快速性，又有迟滞（死区）控制的稳定性和抗干扰能力。实验结果表明：这种控制方法不仅简单、精度高，而且具有一定的实用价值。
关键词：液位控制智能PID算法数据采集
中图分类号：TP229
文献标识码：B
ApplicationofintelligentPIDcontrolalgorithmforwaterlevelcontrolsystem
DingFangLiYanfangFeiYulong
（CollegeofTrafficEngineeringofCivilAviationUniversityofChina,tianjin,300300,china）
Abstract：Aimingattheproblemthatitisdifficulttoconfirmtheparametersofthewaterlevelcontrolsystemwhichisdevelopedbythelaboratory,thispaperadvancestheintelligentPIDcontrolmethod.Accordingtotheexperienceoftheformerandthemasterandthepracticalexperienceoftheoperator,peopleputsforwardtheintelligentPIDcontrolalgorithmwhichisbasedontheclassicPIDcontrolalgorithmtosolvetheproblems,suchaslag,time-varietyandnon-linearity.Themethodmodulatingtheobjectisapiecewiseway.Itpossesagoodspeediness,anti-jammingabilityandthestabilityoflagcontrol.LabexperimentationsshowthatthemethodofintelligentPIDcontrolisnotonlysimpleandexactitudebutalsohasagreatpracticalvalue.
Keywords:Waterlevercontrol;IntelligentPID;DataAcquiring
一、引言
目前，多数过程控制系统仍采用PID控制策略，这是因为这种控制具有直观、实现简易和鲁棒性能良好等一系列优点。液位控制系统是过程控制的重要研究模型，对液位控制系统的研究具有显著的理论和实际意义。但是由于液位控制系统中的液位具有大滞后、出水阀口的非线性、数学模型难以准确建立等特点，采用常规的增量式PID算法难以获得满意的控制效果[1]。为了满足实际要求，人们自然地寻求其它更好的控制方法。目前，人们已经把智能PID算法引入了控制领域。本文论述了进行液位控制系统设计时，采用智能PID算法优化设计，系统可根据运行的情况自动对PID参数进行实时动态整定，且由于它不依赖于系统的数学模型，对系统的参数变化也不敏感，因此更能适用现场各种难以预料的情况，从而能较好地满足系统的要求[2]。
二、智能PID控制系统设计
本控制系统属于计算机监督控制系统(SCC)。计算机通过对液位控制系统中的控制对象离散采样，运用智能PID控制算法控制执行机构输出，从而实现对液位系统的恒定液位控制。
在工业控制对象中，液位系统是典型的一阶系统，时间常数比较大，有一定时延。为此系统采用智能PID控制策略，改善系统的动态响应过程。并使用MicrosoftVisualC++及MFC类库编写了运行于WindowsNT/2000下的Win32控制程序。软件的标准化体现在模块化的设计，符合工业标准的人机界面以及良好的代码可扩充性、可重用性。
1、液位控制系统组成

图1液位控制系统结构框图
图1为液位控制系统结构框图，系统采用闭环控制方案。系统中的A/D采集卡将实际输出液位离散采样处理，反馈至输入端。数字调节器采用智能PID算法，输出离散控制信号，经过D/A发送卡采样保持，转换成为模拟控制电平信号，以控制执行机构（变频器和水泵）输出，控制对象在执行机构的控制下输出实际液位。
系统控制程序是使用VisualC++程序