模糊PID控制在液位控制中的应用
PID控制经典PPT

PID控制的基本概念
03
微分控制
通过微分项预测误差的变化趋势,提前调整输入信号,以减小超调和缩短调节时间。
01
比例控制
通过调整输入信号的比例系数,对误差进行直接控制,以快速减小误差。
02
积分控制
通过积分项对误差进行累积,并调整输入信号,以消除长期误差。
频率响应法
通过分析系统的频率特性,如幅频特性和相频特性,来评估PID控制器的性能,主要关注系统的稳定性和抗干扰能力。
误差积分法
通过对系统误差进行积分,得到一个反映系统误差累积的指标,以此评估PID控制器的性能,关注系统误差的控制能力。
阶跃响应法
通过调整比例系数,改变系统的放大倍数,影响系统的响应速度和稳态精度。适当增大比例系数可以提高系统的响应速度,但过大会导致系统不稳定;适当减小比例系数可以减小超调量,但过小会导致系统响应迟缓。
PID控制器在机器人控制系统中具有重要的作用,是实现机器人精确控制的关键之一。
04
PID控制的改进与发展
模糊PID控制
总结词:模糊PID控制是一种将模糊逻辑与PID控制相结合的方法,通过模糊化处理将不确定性和非线性因素引入PID控制器中,提高系统的鲁棒性和适应性。
神经网络PID控制
总结词:神经网络PID控制是一种基于神经网络的PID控制器,通过神经网络的自学习和自适应能力,实现对PID参数的在线调整和优化。
pid控制经典
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目录
PID控制理论概述 PID控制器的设计 PID控制的应用 PID控制的改进与发展 PID控制性能的评估与优化
01
PID控制理论概述
(完整word版)三容水箱液位控制系统的PID

目录目录 (1)摘要 (3)第一章概论 (5)1.1 课题来源 (5)1.2 水箱控制策略的研究 (5)1。
3 本文研究课题 (6)第二章三容水箱系统简介及数学模型 (7)2。
1 三容水箱系统的总体结构及工作原理 (7)2。
1。
1 三容水箱试验系统的总体结构 (7)2。
1。
2 三容水箱试验台控制结构的组成 (8)2.1。
3 单入单出一阶对象的结构 (9)2.2 三容水箱系统的特点 (10)2。
3 实验建模法推导三容水箱系统的数学模型 (10)2。
4 系统的性能分析 (12)2。
5 本章小结 (15)第三章基于三容水箱系统的PID控制算法研究 (15)3。
1 PID控制原理简介 (15)3。
2 基于Z—N的算法实现 (17)3。
2。
1 数字PID控制算法简介 (17)3。
2。
2 积分分离PID控制算法 (18)3。
2.3 基于Z—N整定法的Kp、Ki、Kd控制参数整定 (20)3.3 基于遗传算法的PID控制的设计 (23)3。
3.1 遗传算法简介 (23)3。
3.2 基于遗传算法PID参数整定的算法设计 (25)3。
4 适应度目标函数讨论 (31)3。
5 基于自适应遗传算法改进的PID参数整定 (32)3.5.1 自适应遗传算法 (32)3。
5。
2 基于自适应遗传算法求解最优化模型 (34)3.6 基于自适应遗传算法的改进 (36)3.7 本章小结 (38)第四章总结 (38)4.1 结论 (38)4.2 后续工作 (39)参考文献 (39)致谢 (40)附录1 常规遗传算法PID整定程序 (41)附录2 计算目标函数值的子程序chap5-3f.m (48)附录3 基于自适应遗传算法的PID整定程序 (50)附录4 快速仿真曲线程序 (56)摘要我们知道三容水箱系统是工业过程控制中许多被控对象的典型抽象模型,在非线性、大惯性过程控制研究应用中具有广泛代表性.近年来国内外许多学者对三容水箱系统的建模方法、控制算法及故障诊断等方面进行了探讨。
PID的应用和使用以及如何调整

在调整过程中,可以采用试凑法、经验法或仿真法等方法,根据系统响应情况 逐步调整参数。同时,要注意观察系统输出波形,确保系统稳定且满足性能指 标要求。
避免过度调整导致系统失稳
逐步调整
在调整PID参数时,应遵循逐步调整的原则,避免一次性调整过大导致系统失稳 。每次调整后,都应观察系统响应情况,确保系统稳定后再进行下一步调整。
抗干扰措施
为了提高系统的抗干扰能力,可以采用滤波、陷波等方法对 输入信号进行处理,消除或减小干扰信号的影响。同时,也 可以采用鲁棒控制等方法提高系统的鲁棒性。
实时监测和记录数据以便优化
实时监测
在PID控制器运行过程中,应实时监 测系统的输入输出数据、误差信号等 关键信息,以便及时发现并解决问题 。
06
总结:提高PID控制器应用水 平,满足复杂工业需求
Chapter
回顾本次课程重点内容
PID控制器基本原理
比例、积分、微分控制作用及其 相互关系。
01
02
PID控制器应用实例
03
温度控制、压力控制、流量控制 等典型工业过程的PID控制实现 。
04
PID参数整定方法
试凑法、经验法、临界比例度法 等,以及参数整定的注意事项。
系统达到稳态后,期望值与实际 输出值之间的误差,衡量了系统 的准确性。
上升时间 超调量
调节时间 稳态误差
系统响应从稳态值的10%上升到 90%所需的时间,反映了系统的 快速性。
系统响应从扰动发生到重新达到 稳态值所需的时间,反映了系统 的调节能力。
常见问题诊断及解决方案
问题1
01
系统响应过慢
解决方案
限制参数范围
为了防止参数调整过度,可以设定参数的上限和下限,确保参数在合理范围内变 化。同时,也可以采用参数自适应等方法,使参数能够自动适应系统变化。
基于PSO的神经网络PID在液位控制中的应用

( hn t eC nt co nr C .Ld,ehia C ne,e ig 1 10 ,hn ) C iaSa o su tn E gg o,t. cncl et B in 0 3 0 C ia t r i T r j
Ab ta t F c sn o h p o l m h t t wa df c l o o f m t e I p r mee s n h s o g s t ig i sr c : o u i g n t e r b e t a i s i ut c n i i t r h P D a a tr a d a ln e t n t l me
t e i i a au s o e r l n t o k i h s a e .An i t l g n o t l ag r h fr l ud l v lc n r lwa u h n t l v le f BP n u a ew r n t i i p p r n el e t c nr lo i m o i i e e o to s p t i o t q f r a d b s d o P n u a ew r p i z d b atce s r a g rtm.T e t o e ae n e u s n PC — I ow r ae n B e rl tok o t n mie y p r l wam lo i i h h n i p r ts a d d b g o T I p o e s c n r l s se r c s o t y t m.T e e p rme t r s h r v d t a h o to c e c mp r d wi t d t n l P D o t l o h x e i n e u p o e h t t e c n r l s h me o a e t r i o a I c nr h a i o
模糊PID控制

Fuzzy - simulink有关模糊PID问题概述最近很多人问我关于模糊PID的问题,我就把模糊PID的问题综合了一下,希望对大家有所帮助。
一、模糊PID就是指自适应模糊PID吗?不是,通常模糊控制和PID控制结合的方式有以下几种:1、大误差范围内采用模糊控制,小误差范围内转换成PID控制的模糊PID开关切换控制。
2、PID控制与模糊控制并联而成的混合型模糊PID控制。
3、利用模糊控制器在线整定PID控制器参数的自适应模糊PID控制。
一般用1和3比较多,MATLAB自带的水箱液位控制tank采用的就是开关切换控制。
由于自适应模糊PID控制效果更加良好,而且大多数人选用自适应模糊PID控制器,所以在这里主要指自适应模糊PID控制器。
二、自适应模糊PID的概念根据PID控制器的三个参数与偏差e和偏差的变化ec之间的模糊关系,在运行时不断检测e及ec,通过事先确定的关系,利用模糊推理的方法,在线修改PID控制器的三个参数,让PID参数可自整定。
就我的理解而言,它最终还是一个PID控制器,但是因为参数可自动调整的缘故,所以也能解决不少一般的非线性问题,但是假如系统的非线性、不确定性很严重时,那模糊PID的控制效果就会不理想啦。
三、模糊PID控制规则是怎么定的?这个控制规则当然很重要,一般经验:(1)当e较大时,为使系统具有较好的跟踪性能,应取较大的Kp 与较小的Kd,同时为避免系统响应出现较大的超调,应对积分作用加以限制,通常取Ki=0。
(2)当e处于中等大小时,为使系统响应具有较小的超调,Kp应取得小些。
在这种情况下,Kd的取值对系统响应的影响较大,Ki的取值要适当。
(3)当e较小时,为使系统具有较好的稳定性能,Kp与Ki均应取得大些,同时为避免系统在设定值附近出现振荡,Kd值的选择根据|ec|值较大时,Kd取较小值,通常Kd为中等大小。
另外主要还得根据系统本身的特性和你自己的经验来整定,当然你先得弄明白PID三个参数Kp,Ki,Kd各自的作用,尤其对于你控制的这个系统。
微分先行pid控制器的原理及应用举例

微分先行pid控制器的原理及应用举例微分先行PID控制器是一种常见的控制器,它在工业自动化领域中广泛应用。
它的原理是通过对系统的误差进行微分运算,得到误差的变化率,从而对系统进行控制。
下面将介绍微分先行PID控制器的原理及应用举例。
一、微分先行PID控制器的原理:微分先行PID控制器是在传统的PID控制器的基础上进行改进的,它主要在传统PID控制器的控制信号中加入了一个微分先行项。
传统的PID控制器的控制信号由比例项、积分项和微分项组成,而微分先行PID控制器的控制信号则由比例项、微分项和微分先行项组成。
在微分先行PID控制器中,微分先行项的作用是通过对误差的微分运算,提前预测系统的响应趋势,从而更加准确地进行控制。
具体来说,微分先行项可以通过对误差信号进行微分运算,得到误差的变化率。
这个变化率可以用来预测系统的响应趋势,从而提前对系统进行控制,避免系统的超调和震荡现象。
二、微分先行PID控制器的应用举例:1. 温度控制系统:在温度控制系统中,微分先行PID控制器可以用来控制温度的稳定性。
例如,在一个恒温箱中,通过对温度传感器采集到的温度信号进行处理,得到温度的误差信号。
然后,将误差信号输入到微分先行PID控制器中,经过控制算法的处理,得到控制信号。
最后,将控制信号输出到加热器或冷却器,实现对温度的控制。
2. 机器人控制系统:在机器人控制系统中,微分先行PID控制器可以用来控制机器人的位置和姿态。
例如,在一个自动化生产线上,有一个机器人负责将物品从一个位置移动到另一个位置。
通过对机器人位置和姿态传感器采集到的信号进行处理,得到机器人的位置和姿态误差信号。
然后,将误差信号输入到微分先行PID控制器中,经过控制算法的处理,得到机器人的控制信号。
最后,将控制信号输出到机器人的电机和执行器,实现对机器人位置和姿态的控制。
3. 液位控制系统:在液位控制系统中,微分先行PID控制器可以用来控制液位的稳定性。
基于DCS平台的水箱液位控制系统的模糊控制算法

0 引
言
集散控制系统 ( dist ribut ed cont ro l syst em, DCS) 是一种 以微处理器为基础的分散型综合控 制系统。 DCS 综合了计算机技术、 网络通讯技术、 自动控制技术、 冗余及自诊断技术等先进技术, 采用多层分级的结 构形式, 适应现代化生 பைடு நூலகம்的控制与管理需求, 目前 已成为工业过程控制的主流系 统。但多数 企业开发的 DCS 控制算法仍停留在常规控制阶段 , 因此进一步开发及挖掘其潜力具有重大的意义, 其中先进控制的研 究就是很重要的一部分。水箱液位对象是具有大惯性、 大滞后动态特性的系统 , 在工业生产过程中, 广泛存 在于石油化工过程中的蒸馏塔、 化学反应器、 液体传输设备及热工过程中的锅炉、 热交换器等对象中[ 1] 。通 常液位控制采用 P ID 或模糊 P ID, 但是传统控制需要精确的数学模型 , 而且对于大滞后动态特性的系统控 制效果不是很好。模糊控制不需要精确的数学模型, 而且一些模糊控制器可以等效为变增益的非线性 P I 或 PD 控制器[ 3] , 因此得到广泛的关注和应用。 本文以 CS4000 装置的单容、 双容水箱为实验对象 , 基于 JX 300X DCS 控 制平台, 利用 SCX 语言开发相应的模糊控制算法对水箱液位控制系统进行研 究。 SU PCON JX 300X DCS 由工程师站、 操作站、 控制站、 过程控制网络等组 成, 如图 1 所示。
1 基于 DCS 水箱液位控制系统的模糊控制的设计
文中采用双输入单输出模糊控制器 , 将误差及误差变化作为模糊控制器输入 , 调节阀开度作为控制器 输出。
收稿日期 : 2008- 10- 08 基金项目 : 浙江省科技计划项目 ( 2006C31016) ; 浙江省科技计划项目( 021101039) 作者简介 : 苏 洁 ( 1980) , 女 , 内蒙古巴彦淖尔人 , 硕士研究生 , 研究方向为自结构模糊控制及其应用。
基于PID的上水箱液位控制系统设计

基于PID的上水箱液位控制系统设计一、引言上水箱液位控制系统是指通过控制进水和排水流量,以维持上水箱液位在设定范围内的一种控制系统。
该系统通常由液位传感器、执行器(如水泵和阀门)以及PID控制器组成。
PID控制器利用反馈信号和设定值之间的误差,控制执行器的输出来调节系统的操作点。
本文将介绍基于PID 控制算法的上水箱液位控制系统设计。
二、系统框架及传感器设计上水箱液位控制系统的框架由上水箱、进水管、排水管、水泵和阀门等组成。
液位传感器被安装在上水箱内部,并通过模拟信号输出当前液位高度。
液位传感器使用压力或超声波等测量方法,将液位高度转化为与之对应的电信号。
三、PID控制器设计PID控制器是目前最为常用的控制算法之一,其通过比较反馈信号与设定值之间的误差,并根据比例、积分和微分三个参数的调节来调整执行器的输出。
PID控制器的输出信号将会改变水泵和阀门的工作状态,以实现液位控制目标。
1. 比例(Proportional)参数:该参数决定了控制器输出与误差的线性关系。
假设比例参数为Kp,则控制器输出为Kp乘以误差信号。
较大的比例参数会导致较大幅度的输出调整,但可能会引起过冲。
2. 积分(Integral)参数:该参数代表了误差随时间的累积值。
通过对误差的积分可以消除稳态误差,提高系统的稳定性。
大的积分参数会导致较大幅度的输出调整,但可能引起系统超调和震荡。
3. 微分(Derivative)参数:该参数反映了误差变化的速度。
通过对误差的微分可以预测误差的未来变化趋势,对输出进行调整。
适当调节微分参数可以提高系统的响应速度,减小超调和震荡。
四、系统实现及优化1.系统实现根据液位传感器的反馈信号以及设定值,PID控制器计算出相应的控制输出,并改变水泵和阀门的工作状态,实现液位控制。
具体步骤如下:1)根据液位传感器的信号,计算当前液位与设定值之间的误差。
2)根据误差的大小,计算比例、积分和微分参数的调整值。
3)将调整值作用于水泵和阀门的工作状态,调节进出水流量。
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模糊PID控制在液位控制中的应用摘要液位控制是工业控制中的一个重要问题,针对液位控制过程中存在大滞后、时变、非线性的特点,为适应复杂系统的控制要求,人们研制了种类繁多的先进的智能控制器,模糊PID控制器便是其中之一。
模糊PID控制结合了PID控制算法和模糊控制方法的优点,可以在线实现PID参数的调整,使控制系统的响应速度快,过渡过程时间大大缩短,超调量减少,振荡次数少,具有较强的鲁棒性和稳定性,在模糊控制中扮演着十分重要的角色。
本文介绍了模糊PID控制在双容水箱的液位控制系统中的应用。
首先建立了液位控制系统数学模型,介绍了PID控制、模糊控制以及模糊PID的基本原理,然后利用MATLAB工具生成仿真曲线。
关键词:液位系统,液位控制,模糊PID控制,仿真The Application on Fuzzy PID Control for WaterLevel Control SystemAbstractWater level control is an important problem in industry control.Aimed at the characteristics of long time lag, nonlinearity and variation with time in the process of level control, a vast range of advanced intelligent controllers are designed to meet the control demand of complex systems,——among which is fuzzy PID bining the advantages of PID control algorithm and fuzzy control,fuzzy PID control could realize online adjusting of PID parameters, so as to quicken the control system response speed, reduce the overshoot, shorten the transitional period, and decrease the oscillating time.The system has strong robustness and stability,and plays a leading role in fuzzy control.This thesis introduces the application of fuzzy PID control in double-tank water level system. It first builds a mathematical model of the water level control system, illustrating the rationale of PID control, fuzzy control and fuzzy PID.Then it uses a tool of MA TLAB to have a simulating experiment of set-point tracking,disturbance rejection, and accommodating to the object's parameter variation. The results show that comparing with the normal PID algorithm, fuzzy PID control algorithm has characteristics such as strong robustness and good dynamic performance. This control method is effective to the doubletank water level system.Keywordstem: Water Level Syter ,Water level control, fuzzy PID control, simulation目录1绪论 (1)1.1课题研究的背景与意义 (1)1.1.1PID控制器的应用与发展 (1)1.1.2模糊控制产生的背景与意义 (2)1.2液位控制系统实验装置及其控制策略 (3)1.2.1水箱液位控制系统简介 (3)1.2.2液位控制系统控制对象及控制策略 (5)2液位控制系统结构及其建模 (6)2.1水箱系统的结构 (6)2.2二阶对象的结构 (7)2.3双容水箱系统的建模 (7)3控制算法研究 (9)3.1PID控制算法 (9)3.1.1模拟PID调节器 (9)3.1.2数字PID控制算法 (11)3.1.3 PID控制器的特点 (13)3.2模糊控制算法 (14)3.2.1模糊控制的产生及发展 (14)3.2.2模糊控制的特点 (15)3.2.3模糊控制的基本概念 (15)3.2.4模糊控制的基本理论 (19)4模糊PID算法的研究与仿真 (24)4.1模糊PID控制 (24)4.1.1模糊PID控制器的基本理论 (24)4.1.1.1输入输出变量模糊化接口设计 (24)4.1.1.2模糊推理算法设计 (25)4.1.1.3模糊PID的清晰化 (28)4.1.2模糊PID控制原理 (28)4.1.3模糊PID控制算法 (30)4.2模糊PID在液位控制中的仿真 (30)5总结 (32)致谢 (33)1 绪论1.1课题研究的背景与意义随着工业生产的飞速发展,人们对控制系统的控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高。
而实际工业生产过程中的被控对象往往具有非线性、时延的特点,应用常规的控制手段难以达到理想的控制效果,研究对非线性、时延对象的先进控制策略,提高系统的控制水平,具有重要的实际意义。
本文所提及的液位控制系统是一种可以模拟多种对象特性的实验装置。
该装置是进行控制理论与控制工程教学、实验和研究的理想平台,可以方便的构成多阶系统对象,用户既可通过经典的PID控制器设计与调试,完成经典控制教学实验,也可通过模糊逻辑控制器的设计与调试,进行智能控制教学实验与研究。
1.1.1PID控制器的应用与发展在过去的几十年里,PID控制器在工业控制中得到了广泛应用。
在控制理论和技术飞速发展的今天,工业过程控制中95%以上的控制回路都具有PID结构,并且许多高级控制都是以PID控制为基础的。
我们今天所熟知的PID控制器产生并发展于1915-1940年期间。
尽管自1940年以来,许多先进控制方法不断推出,但PID控制器以其结构简单,对模型误差具有鲁棒性及易于操作等优点,仍被广泛应用于冶金、化工、电力、轻工和机械等工业过程控制中[1]。
PID控制器作为最早实用化的控制器己有70多年历史,它的算法简单易懂、使用中参数容易整定,也正是由于这些优点,PID控制器现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID的发展过程,很大程度上是它的参数整定方法和参数自适应方法的研究过程。
最早的PID参数工程整定方法是在1942年由Ziegler和Nichols提出的简称为Z-N的整定公式,尽管时间已经过去半个世纪了,但至今还在工业控制中普遍应用。
1953年Cohen 和Coon继承和发展了Z-N公式[2],同时也提出了一种考虑被控过程时滞大小的Cohen-Coon整定公式[3]。
自Ziegler和Nichols提出PID参数整定方法起,有许多技术己经被用于PID控制器的手动和自动整定。
按照发展阶段划分,可分为常规PID参数整定方法及智能PID 参数整定方法;按照被控对象个数来划分,可分为单变量PID参数整定方法及多变量PID 参数整定方法,前者包括现有大多数整定方法,后者是最近研究的热点及难点;按控制量的组合形式来划分,可分为线性PID参数整定方法及非线性PID参数整定方法,前者用于经典PID调节器,后者用于由非线性跟踪一微分器和非线性组合方式生成的非线性PID控制器。
1.1.2模糊控制产生的背景与意义随着现代科学技术的迅速发展,生产系统的规模越来越大,形成了复杂的大系统,导致了控制对象、控制器以及控制任务和目的的日益复杂化。
另一方面,人类对自动化的要求也更加广泛,传统的自动控制理论和方法显得已不能适应复杂系统的控制。
在许多系统中,复杂性不仅仅表现在很高的维数上,更多表现在:(1)被控对象模型的不确定性;(2)系统信息的模糊性;(3)高度非线性;(4)多层次、多目标的控制要求。
因此,建立一种更有力的控制理论和方法来解决上述提出的问题,就显得十分重要。
模糊控制是智能控制的一种典型和较早的形式,作为智能控制的一个分支,1974年英国的Mandani成功将其应用于锅炉和蒸汽机的控制,近几年来得到了飞速的发展。
模糊控制是模糊数学和控制理论相结合的产物,它利用了人的思维具有模糊性的特点,通过使用模糊数学中的隶属度函数、模糊关系、模糊推理等工具得到控制表格进行控制,它具有许多特点:(1)不需要建立被控对象的数学模型;(2)系统鲁棒性强;(3)模糊控制方法易于掌握。
因此,它特别适用于那些难以获得过程的精确数学模型及具有时变、时滞非线性、大滞后的复杂工业控制系统,具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。
现在模糊控制被越来越多地应用于工业过程、家用电器等复杂场合。
模糊控制系统的核心是模糊控制器,而模糊控制规则是设计模糊控制器的核心,它实际上决定了控制系统的性能及控制效果。
模糊控制也有缺陷:(1)以前,模糊控制规则完全是凭操作者的经验或专家知识获取的,这并不能保证规则的最优或次最优,达到最佳控制的目的;(2)规则的获取没有系统的步骤可以遵循;(3)在控制过程中,外界突加干扰,参数大幅度变化,原来总结的经验和规则不够等因素,都会严重影响控制质量。
1.2液位控制系统实验装置及其控制策略1.2.1水箱液位控制系统简介水箱液位控制系统实验装置是基于工业过程的物理模拟对象,它是集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术为一体的多功能实验装置。
根据自动化及其它相关专业教学的特点,吸收了国内外同类实验装置的特点和长处后,经过精心设计,多次实验和反复论证,推出了这一套全新的实验装置。
该系统包括流量、液位、压力等参数,可实现系统参数辨识、单回路控制、串级控制、前馈-反馈控制、比值控制、解藕控制等多种控制形式。
系统的水箱主体由蓄水容器、检测组件和动力驱动三大部分构成。