双容水箱液位控制系统系统.doc

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1、双容水箱液位控制系统郭晨雨04123096914282178qq.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参数的确定15四．控制结构164.1利用根轨迹校正系统164.2利用伯德图校正系统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

2、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。首先对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，利用Fuzzy工具箱和Simulink仿真工具，对系统的稳定性、反应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-capac

3、itywatertankbiglagsystem，usingPIDtocontrolthissystem.First,toanalyzetheeffectofeachparameterofPID.Andtheroot-locustechniqueandbodediagramisadoptedtodesignthecorrectingUnit.Then,fuzzyPIDcontrolmethodwasusedtoadjustthissecond-ordersystem.Andasimulationmodelofthissyste

4、misbuiltwithMATLABFuzzyandSIMULINK,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。反馈理论包括三个基本要素：测量、比较和执行。测量关心的是变量，并与期望值相比较，以此偏差

5、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：作出正确的测量与比较后，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控制器由于结构简单，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。而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

6、（I）和微分单元（D）组成。（1）比例（P）调节作用是按比例反应系统的偏差，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，甚至造成系统的不稳定。（2）积分（I）调节作用是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，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

7、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，微分反应的是变化率，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，需要与另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

8、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，经线性化处理，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