基于TWINCAT平台的液位模糊控制系统研究

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1、摘璎摘要本文以液位控制系统为研究对象。虽然常规PID控制器以其算法简单，鲁棒性好等特点被广泛应用于工业过程控制中，但是存在一定缺限，它不能根据被控对象参数的变化作出动态调整。而在液位控制系统中，常常存在大滞后、时变、非线性的环节，针对这样的系统，传统的PID控制不能满足控制要求。所以将不需要精确数学模型的模糊控制技术与传统PID控制技术相结合，利用各自的优点，对液位进行控制，具有一定的实用价值。本论文对PID控制器、模糊控制器、模糊自适应控制器的构成，调节规律，模糊控制规则进行了研究。分析了模糊控

2、制系统中，误差的量化因子、误差变化率的量化因子、比例因子对系统性能的影响。对本次实验用到的设备：“ACSK”自动化综合实验系统，德国倍福公司推出的基于PC．based技术的TwinCAT控制平台进行详细介绍。对PC．based控制技术，和TwinCAT平台所用到的现场通讯协议Profibus．DP也作了一定的描述。对液位控制系统的被控对象水箱，应用阶跃响应法建立其数学模型。在控制程序的编写过程中，利用TwinCAT工控软件提供的接门程序组件，与VC++丌发工具进行连接，进行混合编程研究，编制出基本

3、模糊控制算法和监控画面。最后，针对过程对象中参数的时变性和实验系统的特点，设计了基本模糊控制器，模糊自适应PID控制器，并用Matlab／Simulink对液位控制系统进行实验仿真。通过仿真比较了PID控制器，模糊控制器，模糊自适应控制器，带修萨因子的模糊控制器的控制效果。仿真结果表明，模糊控制与传统PID控制比较，具有良好的动念性能和稳态性能；模糊臼适应PID具有很强的鲁棒性：带修正因子的模糊控制器控制效果取决于修IF因子的的选择。常规PID控制实验和模糊控制实验结果表明：模糊控制的动态稳念性能

4、更好。关键词：液位；PID控制；模糊控制；自适应控制；MATLAB仿真人连交通人’学I：学硕f：‘学f节论丈AbstractInthispaper，liquid-levelcontrolsystemisresearchedobject．TheconventionalP1Dcontrollerhassimplearithmeticandgoodrobustness．Itiswidelyusedinindustprocesscontrolsystems，butthecontrollerhassomel

5、imitations．BecausethePIDparametersCannotbeadaptedinsuchcontrolleronlinewhentheparametrerofobjectcontrolledhaschanged．Theliquidlevelcontrolsystemshavealwaysthequalityofbiginertia,nonlinear，time·lag．InthissystemtheconventioalPIDcontrollerCannotgetsatisf

6、yingcontrolmquim，andfuzzycontrollerisbasedonknowledgeandindependentofaccuratemathemodel．So，thecombinationoffuzzycontrollerandPIDcontrollerhascertainpracticalvalueintheapplicationofliquidlevelcontrolsystem．Thetwocontrollers’advantageisusedinthecombinat

7、ionmethod．ThestructureofPIDcontrol，FuzzycontrolandFuzzyself-adaptivePIDcontrolhasbeenstudied．Itisanalysisedthatthequantificationfactoroferror，thequantificationoferrorchangeandproportionalityfactorinfluenceonthecontrolsysytem．The“ACSK”integratedexperim

8、entalequipmentandtheTwinCATplatformbasedonPC-basedcontroltechnologyareintroducedinthisexperiment，andtheplatformisdesignedbyGermanyBECKHOFFcompany．Inaddition，PC-basedcontroltechnologyandProfibus·DPcommunicationprotocolhasbeendescribedalittle．Th