fuzzy-pid控制器双.doc

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1、内蒙古科技大学本科生课程设计说明书7内蒙古科技大学本科生课程设计说明书摘要MATLAB是一种高性能、强大的数据处理软件，它包含科学计算、图像处理、仿真分析等各个方面，MATLAB不仅流行于控制界，在机械工程、生物工程、语音处理、图像处理、信号分析、计算机技术等各行各业中都有极广泛的应用。本次课程设计是在理解了模糊控制，对PID控制中各参数的作用进行分析，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。用Matlab/Simulink软件对相应的控制系统进行建模与仿真，并对

2、控制器参数进行整定和优化，使整个控制系统达到最稳定的状态。该控制方法对于双容水箱系统控制是有效的。关键词：MATLAB；模糊PID控制系统；Simulink仿真；7内蒙古科技大学本科生课程设计说明书第一章前言1.1设计背景双容水箱为工业过程控制中常见的液位控制对象，它通过调节调节阀的开度，使上下水箱的输入、输出水流量相等，以便液位保持不变。在水箱系统中，上、下位水箱的水量变化存在延时，而外界的干扰又会导致增益、延时的变化。针对液位控制过程中存在大滞后、时变、非线性的特点，为适应复杂系统的控制要求，人们研制了

3、种类繁多的先进的智能控制器，模糊PID控制器便是其中之一，模糊PID控制结合了PID控制算法和模糊控制方法的优点，可以在线实现PID参数的调整，使控制系统的响应速度快，过渡过程时间大大缩短，超调量减少，振荡次数少，具有较强的鲁棒性和稳定性，在模糊控制中扮演着十分重要的角色1.2设计意义PID控制是生产过程中最普遍使用的控制方法，在冶金、机械、化工等行业获得广泛应用。随着工业生产和现代化科学技术的迅速发展，各个领域对自动控制系统控制性能的要求越来越高。实际的工业生产过程中往往具有非线性、时变性等不确定的干扰，

4、常规PID控制器经常出现参数整定不良、控制性能欠佳且适应性较差等缺点。模糊控制可以把人类语言表述的控制策略，通过模糊集合和模糊逻辑推理转化成数字或数字函数，再用计算机去实现既定的控制。常规的模糊控制缺少积分环节，加之模糊控制器特有的量化过程，模糊控制是存在静态误差的，而通过给模糊控制器并联积分器成功地消除了静态误差。智能控制与常规PID控制相结合，形成了智能PID控制，这种新型控制器已引起人们的普遍关注和极大兴趣，并已得到较为广泛的应用。模糊PID控制可以根据系统的运行状态在线整定PID控制器参数，使系统的

5、运行性能有很大的提升。本设计建立了串联双容水箱液位控制系统的数学模型，应用Matlab软件对PID算法、模糊PID算法进行了仿真。7内蒙古科技大学本科生课程设计说明书第二章被控对象的分析与建模双容水箱液位控制系统的工作原理是通过控制流入上水箱水速的大小。来控制下水箱液位的高度。被测对象由两个水箱相串联组成，故称其为双容对象。自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。双容水箱的数学模型是两个单容水箱数学模型的乘积，实验用水由水泵经过电动调节阀和流量计后分别

6、向上水箱、下水箱供水。整个管路系统可以通过电磁阀的通断切换而组合成不同的回路。上下水箱各被分割成不同容积的两个水槽，可以组合成不同时间常数的水箱。上位水箱的水由电磁阀控制，流入下水箱，两个水箱串联后组成双容水箱。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：定值QiLT104记录Qoh图2.1双容水箱结构图FV101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，经线性化处理，有：。则根据物料平衡对水箱1有：7内蒙古科技大学本科生课程设计说明书拉式变换得：对水箱2：拉式

7、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，则传递函数的表达式为：其中为延迟时间常数。7内蒙古科技大学本科生课程设计说明书第三章设计理论及仿真过程3.1设计理论及分析方法3.1.1PID控制器PID控制是最早发展起来的控制策略之一，因为它所涉及的设计算法和控制结构都很简单，且十分适用于工程应用背景，此外PID控制方案并不要求精确的受控对象的数学模型，且采用PID控制效果一般是比较令人满意的，所以PID控制器是一种应用比较广泛的控制器。工业

8、生产过程中，对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。PID控制器是根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。通过Kp、Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。PI