三容水箱的建模及基于T-S模型的模糊PID控制

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1、摘要三容水箱是较为典型的非线性、时延对象，工业上许多被控对象的整体或局部都可以抽象成三容水箱的数学模型，具有很强的代表性和工业背景，研究三容水箱的建模及控制具有重要的理论意义及实际应用价值。本文综述了国内外三容水箱建模与控制的发展概况，论述了PID参数整定的三种方法；介绍了三容水箱的硬件结构和工作原理，通过机理建模方法建立三容水箱的一般数学模型，分析线性和非线性阻力板的流量特性，给出三容水箱的线性和非线性模型，实验测得流量系数并验证了数学模型的正确性和可行性；通过分析被控对象的特性，采用分段线性化的方法设计变参数PID控制器，进而给出基于T-S模型的

2、模糊PID控制策略；在Matlab/Simulink环境下建立三容水箱控制的仿真模型，采用变参数PID和基于T-S模型的模糊PID两种控制算法进行仿真研究，结果表明，两种算法是正确的和有效的，相比之下，基于T-S模型的模糊PID控制获得更好的控制性能。关键词：三容水箱；机理建模；模糊PID控制内蒙古工业大学科研基金项目(X200415)AbstractThree-tankwaterisatypicallynon-linearanddelayedplantwhichhastheverystrongbackgroundofindustry,forthew

3、holeorpartofmanycontrolledobjectscanbeextractedasmathematicmodelofthree-tankwater.Researchonmodelingandcontrolofthree-tankwaterhasfartheoreticalsignificanceandpracticalvalue.Thedomesticandworldwidedevelopmentofmodelingandcontrolofthree-tankwaterissummarized,andthreemethodsofpar

4、ameteradjustmentofPIDarediscussedinthispaper.Thehardwarestructureandworkingprincipleofthree-tankwaterisintroduced,anditsgeneralmathematicmodelisestablishedbymeansofmechanismmodelingmethod.Thecharacteristicsofbothlinearandnon-linearweirflowmetersareanalyzed,andbothlinearandnon-l

5、inearmodelofthree-tankwaterareobtained.Theflowcoefficientsofweirflowmetersaredeterminedbyexperimentandthemathematicmodelisprovedtobecorrectandvalid.VariableparameterPIDcontrolforthecontrolledobjectisdesignedbythemethodofsegmentlinearization.Furthermore,T-SmodelbasedfuzzyPIDcont

6、rolstrategyisputforward.Simulationmodelofthree-tankwatercontrolisimplementedinMatlab/SimulinkandtheresearchonsimulationofvariableparameterPIDandT-SmodelbasedfuzzyPIDcontrolalgorithmsarecarriedout.Simulationresultshowsthatthesetwomethodsarecorrectandeffective,andbycomparison,T-S

7、modelbasedfuzzyPIDcontrolforthree-tankwaterhasbettercontrolperformancethanvariableparameterPIDcontrol.Keywords:Three-tankwater；Mechanismmodeling；FuzzyPIDcontrolThisprojectisfundedbyNaturalScienceFoundationofInnerMongoliaUniversityofTechnology(X200415)原创性声明本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导

8、下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，