基于模糊控制的多容水箱的智能水位控制毕业论文

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1、郑州航空工业管理学院毕业论文（设计）2013届电气工程及其自动化专业班级题目基于模糊控制的多容水箱的智能水位控制姓名学号指导教师职称二О一三年五月二十四日.34.目录第一章绪论11.1课题研究背景11.2国内外研究现状21.3研究意义及目的4第二章液位控制系统52.1系统总体结构52.2系统特点52.3系统数学模型6第三章PID控制算法113.1基础知识113.2PID控制的作用133.3PID在本系统的应用14第四章模糊控制算法164.1理论的发展164.2模糊控制系统与模糊控制器简介174.2

2、.1模糊控制系统174.2.2模糊控制器184.3模糊控制的局限20第五章模糊PID控制225.1模糊PID介绍225.2模糊PID控制器设计235.2.1模糊PID控制器结构235.2.2参数自整定245.2.3模糊控制规则25第六章控制系统仿真286.1软件简介286.1.1MATLAB286.1.2SIMULINK仿真环境286.2模糊控制器设计和仿真过程286.3仿真结果简要分析31结束语32参考文献33.34.第一章绪论1.1课题研究背景工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分

3、等工艺参数作为被控变量的连续过程自动控制，它是自动化技术的一个重要的组成部分，涉及石油、化工、冶金、电力、轻工、纺织、医药、建材、食品等工业部门。连续过程工业的发展对于我国国民经济意义重大。如今工业自动化越来越普及，如何确保在提高经济效益和社会效益的基础上，既达到预期的经济技术指标，又能改善劳动条件、保护生态环境，这将是过程控制技术所面临的巨大挑战。在工业生产不断快速发展的浪潮推动下，自动化控制水平也相应的得到了大幅度的提高。然而由于被控对象的复杂程度越来越高，自然而然许多传统的控制算法将不能满足

4、复杂控制系统要求，因此能否提出既先进又可行的控制算法对于工业过程生产具有极大的推动作用。但是受到各种因素的影响，目前控制技术和学术研究成果很难与实际的工业生产应用技术相同步，有的甚至相差几十年。不仅如此，往往越高深越先进的控制理论，对它的研究却仅局限于极少数的科研院所，脱离了工业生产这个应用基地。这样一来导致很多的理论算法一旦用于现场就会遇到各种各样的实际问题。当然，造成这种结果的原因是多方面的，可以明确的是，理论的研究脱离了实际背景的支持是制约其得以广泛应用的首要因素。因此，能否找到一种具有典型

5、对象特性的实验装置至关重要。.34.三容水箱液位控制系统作为一种物理模拟对象，模拟了工业现场多种复杂的控制系统。该实验装置融合了多种技术为一体，比如自动化仪表、通讯以及自动控制等。它还包含了多种被控参数，如液位、流量、压力、温度等。借助该装置不仅可以实现简单的参数辨识、单回路控制、串级控制、比值控制，还可以实现复杂的滞后控制、解耦控制等。通过三容水箱对象的参数调试和引入部分干扰等形式的设计，可以构造出具有大滞后和参数可变等不同状态下的被控对象模型；并且可以在不同的反应时段任意加入不同类型的干扰来进

6、行不同算法的控制特性研究。概括起来，三容水箱是一种典型的非线性、时延性对象，它具有很强的代表性，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，因此在三容水箱数学模型建立的基础之上深入研究智能控制算法，并进行模拟仿真验证有着重要的意义。水箱液位控制是液位控制中的一个主要问题,它主要有以下几个特点：(1)时滞性；(2)时变性；(3)非线性。这几个特点都严重影响PID控制的效果。常规PID控制由于采用固定的参数，难以保证系统适应控制系统的参数变化和工作条件变化，液位始终有较大波动，得不到

7、理想效果。模糊控制是建立在人工经验基础之上，无需知道控制对象的精确数学模型，是解决不确定性系统控制的一种有效途径,它采用语言变量来描述系统特征，并依据系统的动态信息和模糊控制规则进行推理以获得合适的控制量，具有对参数变化不敏感和鲁棒性强等特点，但单纯的模糊控制也存在精度不高、易产生极限振荡等问题。如果将模糊控制和PID控制两者结合起来，就能更好地适应控制系统的参数变化和工作条件的变化。采用参数自整定模糊PID控制系统对环境的适应能力强，在随机的环境中可以在线调整PID控制的参数，在被控对象存在扰动

8、情况下控制系统仍然保持良好的性能。1.2国内外研究现状1）控制对象方面。目前国外很多大学和实验室广泛应用的三容水箱系统是德国Amira自动化公司研制的，但不足之处是该系统价格昂贵，受经济条件限制国内只有清华、浙大等少数几所高校引进了此设备。国内也有部分厂家研制生产三容水箱液位控制系统，像GWT系列水箱液位控制三容水箱对象系统实验装置等等。GWT实验装置是由固高科技有限公司协同香港城市大学联合研制开发而成，经过香港城市大学三年的实践检验，充分的证实了其潜在的教学、实验和研究价值。用户