双容水箱液位控制系统.doc

双容水箱液位控制系统郭晨雨04123096目录摘要2一．PID控制原理、优越性，对系统性能的改善4二．被控对象的分析与建模6三．PID参数整定方法概述83.1PID控制器中比例、积分和微分项对系统性能影响分析83.1.1比例作用83.1.2积分作用93.1.3微分作用93.2PID参数的整定方法103.3临界比例度法123.4PID参数的拟定15四．控制结构164.1运用根轨迹校正系统164.2运用伯德图校正系统184.3调整系统控制量的模糊PID控制方法204.3.1模糊控制部分204.3.2PID控制部分23五．控制器的设计24六.仿真结果与分析25七.结束语27参考文献28摘要：针对双容水箱大滞后系统，采用PID方法去控制。一方面对PID控制中各参数的作用进行分析，采用根轨迹校正、伯德图校正的方法，对系统进行校正。最后采用调整系统控制量的模糊PID控制的方法，对该二阶系统进行控制。同时，在MATLAB下，运用Fuzzy工具箱和Simulink仿真工具，对系统的稳定性、反映速度等各指标进行分析。关键字：双容水箱，大滞后系统，模糊控制，PID，二阶系统，MATLAB，SimulinkAbstract：ForTwo-capacitywatertankbiglagsystem，usingPIDtocontrolthissystem.First,toanalyzetheeffectofeachparameterofPID.Andtheroot-locustechniqueandbodediagramisadoptedtodesignthecorrectingUnit.Then,fuzzyPIDcontrolmethodwasusedtoadjustthissecond-ordersystem.AndasimulationmodelofthissystemisbuiltwithMATLABFuzzyandSIMULINK,withitanalyzingthesystemstability,reactionvelocityandotherindexs.Keywords:two-capacitywatertank,biglagsystem,fuzzycontrol,PID,second-ordersystem一．PID控制原理、优越性，对系统性能的改善当今的自动控制技术绝大多数部分是基于反馈。反馈理论涉及三个基本要素：测量、比较和执行。测量关心的是变量，并与盼望值相比较，以此偏差来纠正和调节控制系统的响应。反馈理论及其在自动控制的应用的关键是：作出对的的测量与比较后，如何将偏差用于系统的纠正和调节。在过去的几十年里，PID控制，即比例-积分-微分控制在工业控制中得到了广泛的应用。虽然各种先进控制方法不断涌现，但PID控制器由于结构简朴，在实际应用中较易于整定，且具有不需精确的系统模型等优势，因而在工业过程控制中仍有着非常广泛的应用。并且许多高级的控制技术也都是以PID控制为基础的。PID控制器被控对象—C（s）R（s）下面是典型的PID控制系统结构图：图1-1其中PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。（1）比例（P）调节作用是按比例反映系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至导致系统的不稳定。（2）积分（I）调节作用是使系统消除稳态误差，提高无差度。由于有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。（3）微分（D）调节作用微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反映的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与此外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。二．被控对象的分析与建模该系统控制的是有纯延迟环节的二阶双容水箱，示意图如下：图2-1其中分别为水箱的底面积，为水流量，为阀门1、2的阻力，称为液阻或流阻，经线性化解决，有：。则根据物料平衡对水箱1有：拉式变换得：对水箱2：拉式变换得：则对象的传递函数为：其中为水箱1的时间常数，水箱2的时间常数，K为双容对象的放大系数。若系统还具有纯延迟，则传递函数