水箱液位控制系统的研究与仿真.doc

摘要：在工业生产中，液位控制系统是一种应用较为广泛的控制系统。液位控制系统的对象一般都具有非线性、滞后性以及耦合等特征，这就使得液位控制系统在工业上的应用受到影响。

本文针对水箱液位控制系统进行研究。对于单容水箱液位控制系统，分别采用了传统PID和模糊PID控制策略进行控制；对于双容水箱液位控制系统，分别采用了单回路控制系统以及串级控制系统进行控制，同样分别进行传统PID以及模糊PID控制策略的比较。首先通过对单容水箱液位系统以及双容水箱液位系统工作原理的分析，确定单容水箱数学模型以及双容水箱数学模型的结构形式；利用实验系统测出两个系统在开环运行状态下的阶跃响应曲线，并通过对曲线进行分析计算，确定数学模型中各个参数的值，以此建立两个被控对象的数学模型。然后根据两种水箱液位控制系统的特点设计适合的控制方案以及控制策略，文中详细介绍了控制规则以及传统PID控制器和模糊PID控制器的整定方法。最后在MATLAB的Simulink环境下建立系统的仿真模型，得到仿真结果。根据不同控制作用下的仿真曲线分析了控制系统的性能，对比分析传统PID控制及模糊PID控制的控制效果。

关键词：水箱建模；液位控制；模糊控制；PID控制；MATLAB仿真

目录

摘要

Abstract

1 引言-1

1.1 课题研究背景及意义-1

1.2 国内外研究现状及发展趋势-2

1.3 本文的主要工作-2

2 实验法建立对象模型-3

2.1 实验室AE2000过程控制实验装置-3

2.2 单容水箱对象模型的建立-4

2.3 双容水箱对象模型的建立-7

3 经典控制及智能控制-11

3.1 经典控制——传统PID控制-11

3.2 模糊控制简介-11

3.2.1 模糊控制-11

3.2.2 模糊控制器的设计-12

3.2.3 模糊PID控制-13

4 单容水箱液位控制系统-14

4.1 单容水箱液位控制系统概述-14

4.2 控制系统的MATLAB仿真-14

4.2.1 传统PID控制系统的仿真-14

4.2.2 模糊PID控制系统的仿真-17

5 双容水箱液位控制系统-21

5.1 传统PID控制系统的MATLAB仿真-21

5.1.1 双容水箱液位控制系统的单回路控制系统仿真-21

5.1.2 双容水箱液位控制系统的串级控制系统仿真-22

5.2 模糊PID控制系统的设计-24

5.2.1 双容水箱液位控制系统的单回路控制系统仿真-24

5.2.2 双容水箱液位控制系统的串级控制系统仿真-27

结 论-28

参 考 文 献-29

致 谢-30