摘 要

工业生产中一个十分重要的问题就是液位控制，液位控制对工业生产无疑是非常重要的，而液位控制的一个重要的问题就是水箱的液位，是常见且又是十分经典又具有代表性的问题。而大滞后、时变、非线性等问题是液位控制的生产过程中经常会存在的，面对这样的问题，采用常规的PID控制的方法难以解决，并且采用常规的PID控制常使液位产生较大的波动，从而未能达到预期的控制结果。本文拟将采用了模糊PID控制，模糊PID控制结合了常规PID控制算法和模糊控制的优点，为解决液位控制中的问题。可通过对PID参数进行实时的调整，加快系统的响应速度，使过渡的所需要的时间和超调量大大的减小，振荡的次数也减少。使系统的拥有较强的鲁棒性和稳定性。

本文的研究对象为双容水箱，拟将以双容水箱的液位作为被控量，构建并设计双容水箱的串级PID控制系统和双容水箱的单回路常规PID控制系统，为得出双容水箱的传递函数，故对双容水箱进行机理建模，本文简要介绍液位控制系统的组成。采用MATLAB对单回路控制系统和串级控制系统进行仿真并设计出常规的PID控制器。

利用所学和了解的模糊控制理论和PID原理设计出模糊PID控制器，建立隶属函数和模糊控制规则表，规则表的功能主要为模糊PID控制系统提供控制规则，最后采用MATLAB对模糊PID控制系统进行仿真。

关键词：常规PID控制 串级控制 模糊PID控制

coupled-tanks System Based on Fuzzy PID Control

Abstract

A very important problem in industrial production is liquid level control.Level control is undoubtedly very important for industrial production.An important problem of level control is the level of water tank.It is a common, classical and representative problem.The problems of large lag, time-varying and non-linearity often exist in the production process of liquid level control.Face such a problem.It is difficult to solve the problem by using conventional PID control method.And the use of conventional PID control often makes the liquid level fluctuate greatly.Thus, the expected control results can not be achieved.Fuzzy PID control will be adopted in this paper.Fuzzy PID control combines the advantages of conventional PID control algorithm and fuzzy control.To solve the problems in liquid level control.The parameters of PID can be adjusted in real time.Accelerate the response speed of the system.The transition time and overshoot are greatly reduced.The number of oscillations also decreases.Make the system have strong robustness and stability.

The research object of this paper is double-tank water tank.It is proposed that the liquid level of the two-tank water tank be used as the controlled quantity.The cascade PID control system of double-tank and the single-loop conventional PID control system of double-tank are constructed and designed.In order to obtain the transfer function of double-tank water tank.Therefore, the mechanism modeling of double-tank water tank is carried out.This paper briefly introduces the composition of liquid level control system.The single loop control system and cascade control system are simulated with MATLAB, and the conventional PID controller is designed.

Using the theory of fuzzy control and the principle of PID, a fuzzy PID controller is designed.The membership function and the table of fuzzy control rules are established.The function of rule table is to provide control rules for fuzzy PID control system.The function of rule table is to provide control rules for fuzzy PID control system.

Key word：Conventional PID control，Cascade control，fuzzy PID Control

目录

第1章 绪论 1

1.1研究课题的背景 1

1.2液位控制系统研究的现状 1

1.3本论文的研究内容 2

第2章 双容水箱液位控制系统的组成和机理建模 3

2.1液位控制系统 3

2.1.1水箱液位系统的构成 3

2.1.2水箱液位控制的硬件构成 3

2.2双容水箱的机理建模 4

第3章 常规控制策略分析 7

3.1单回路控制系统 7

3.2串级回路控制系统 9

3.2.1串级回路控制系统的原理 9

3.2.2串级控制的优点 10

3.3设计传统PID控制器 10

3.4常规PID控制系统仿真 11

3.4.1单回路PID控制系统的仿真 11

3.4.2串级PID控制系统的仿真 14

第4章 模糊PID控制器的设计 18

4.1模糊控制原理及结构 18

4.2模糊控制器 19

4.3模糊PID控制器的设计 20

4.3.1模糊PID控制原理 20

4.3.2模糊PID控制器的设计 22

第5章 模糊PID控制的仿真 27

5.1模糊PID控制系统仿真 27

5.2常规PID控制与模糊PID控制的比较 28

结论 29

致谢 30

参考文献 31

第1章 绪论

1.1研究课题的背景

伴随着工业生产控制过程的发展，过程控制产生的问题也慢慢的影响着人们的日常生产状况和日常活动，工业生产的过程控制是十分复杂的系统，存在着很多时变性、不确定性、非线性等问题，所以要实现过程控制的是存在一定的难度的。要解决这些问题必须拥有对针对性的方法和途径。

在如今的工业生产中，四种最常用来作被控量的变量分别是流量、压力、温度、液位。在这四种变量当中，液位是最易于测量也是最易于观察的。液位的过程控制系统在实际的生产过程中存在许多的控制方法。液位变化也十分的多样，在研究过程控制时十分具有代表性。对过程控制的研究有着重要的意义。所以，在液位控制的问题上，就必须拥有合适的控制器来控制。例如，在液位发生变化的情况下，能够控制液位自动的恢复平衡等。