浅议三容水箱的非线性pid控制

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20061198硕士学位论文题目：三容水箱的非线性PID控制英文题目：NonlinearPIDControlforThree-tankWater研究生：段慧学科专业：控制理论与控制工程指导教师：王生铁教授张计科讲师二○○九年五月摘要三容水箱是工业生产过程中多容流程对象的抽象模型，具有很强的代表性，可模拟工业过程中一阶或多阶次、线性或非线性、单容或多容、耦合或非耦合等特性、验证各种控制策略的性能优劣，因而研究三容水箱的控制具有重要的理论意义和实际应用价值。本文在对

2、三容水箱结构形式和工作机理分析的基础上，首先建立三容水箱的非线性数学模型，然后根据流量特性的特点，采用分段线性化的方法设计了变参数PID控制器，仿真分析指出该控制策略在给定大范围变化时动态和静态性能较差的不足。在此基础上研究了非线性变参数PID控制和非线性模糊PID控制策略，这两种控制策略引入了非线性特性，在液位差较大时，采用不同参数的PI控制；液位差在小范围时采用变参数PID或模糊PID达到加快动态调节过程和保证液位调节精度的目的。从仿真和实验结果来看，非线性PID控制可以实现液位控制的“粗调”和“精

3、调”，保证液位给定大范围变化情况下控制的快速性和准确性，验证了本文所研究控制策略的正确性和可行性。关键词：三容水箱；非线性变参数PID；非线性模糊PID内蒙古工业大学科研基金项目(X200415)AbstractAsanabstractandtypicalmodelofindustrialproductionprocess,three-tankwatercanbeusedtosimulatethecharacteristicsoffirstorderormultipleorder,linearornon

4、linear,single-capacityormultiple-capacity,couplingornon-couplingindustrialprocesses,andverifythevalidityofvariouscontrolstrategies,sothatitisofanimportanttheoreticalsignificanceandapplicationvaluetostudycontrolofthree-tankwater.Inthisthesis,basedontheana

5、lysisofthestructureandmechanismforthree-tankwater,thenonlinearmathematicalmodelofthethree-tankwaterisestablished,andaccordingtoitsflowcharacteristics,variableparameterPIDisdesignedbyusingthepiecewiselinearizationmethod.Simulationresultsindicatethatthecon

6、trolstrategyhaspoordynamicandsteadyperformanceunderlargevariationinsetwaterlevel.NonlinearvariableparameterPIDandnonlinearfuzzyPIDareputforwardtoovercomethedrawbackofvariableparameterPID.Bytheintroductionofnonlinearcharacteristics,thesetwocontrollersuset

7、hePIwithdifferentparametersunderalargerchangeinwaterlevelset,andusenonlinearvariablePIDorfuzzyPIDunderasmallersetlevelvariationtospeedupthedynamicadjustmentprocessandtoensuresteadyregulationaccuracy.Simulationandexperimentalresultsshowthe"coarsetuning"an

8、d"finetuning"ofnonlinearvariableparameterPIDandnonlinearfuzzyPIDcontrolhavebeenachievedunderalargervariationinwaterlevelset,andverifythecorrectnessandfeasibilityofthecontrolstrategiesproposedinthethesis.KeyWords:Three-tank