双容水箱液位控制系统

双容水箱液位控制系统郭晨雨 04123096

目录

摘要--------------------------------------------------------------- 3

一．PID控制原理、优越性，对系统性能的改善-------------------------- 5二．被控对象的分析与建模-------------------------------------------- 7

三．PID参数整定方法概述-------------------------------------------- 9

3.1 PID控制器中比例、积分和微分项对系统性能影响分析------------ 9

3.1.1 比例作用----------------------------------------------- 9

3.1.2 积分作用---------------------------------------------- 10

3.1.3 微分作用---------------------------------------------- 10

3.2 PID参数的整定方法------------------------------------------ 11

3.3 临界比例度法---------------------------------------------- 13

3.4 PID参数的确定--------------------------------------------- 16

四．控制结构------------------------------------------------------- 17

4.1 利用根轨迹校正系统----------------------------------------- 17

4.2 利用伯德图校正系统----------------------------------------- 19

4.3 调整系统控制量的模糊PID控制方法--------------------------- 21

4.3.1模糊控制部分------------------------------------------ 21

4.3.2 PID控制部分------------------------------------------ 24五．控制器的设计--------------------------------------------------- 25

六.仿真结果与分析-------------------------------------------------- 26

七.结束语---------------------------------------------------------- 28参考文献----------------------------------------------------------- 29

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 ，Simulink

Abstract：

For Two-capacity water tank big lag system，using PID to control this system. First, to analyze the effect of each parameter of PID. And the root-locus technique and bode diagram is adopted to design the correcting Unit. Then, fuzzy PID control method was used to adjust this second-order system. And a simulation model of this system is built with MATLAB Fuzzy and SIMULINK, with it analyzing the system stability ,reaction velocity and other indexs.

Keywords: two-capacity water tank, big lag system, fuzzy control, PID,second-order system

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。

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（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 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