模糊PID在三容水箱控制系统中的应用.doc

摘要：三容水箱液位控制系统是典型的工业模拟对象，其具有很重要的代表意义，其涉及到计算机，通信和自动化等技术，在对三容水箱液位控制系统进行设计的过程中，会涉及到很多参数，需要能够实现对多种参数进行控制，因此对三容水箱的研究对工业控制系统有非常重要的作用。

模糊控制是一种智能控制，其不依赖控制系统的数学模型，对控制系统具有较强的鲁棒性，而PID作为一种比较典型的模糊控制系统，其主要依据偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）来实现对系统的控制，PID控制能够满足相当多工业对象的控制要求，因此基于模糊PID对三容水箱控制系统进行研究有非常重要的意义。

本文首先对三容水箱控制系统进行数学建模，根据三容水箱的工作原理推导三容水箱的传递函数，然后在数学建模的基础上对PID的相关控制理论进行研究，对模糊控制的模糊化，模糊推理及清晰化等结构进行介绍，并对模糊PID和数字PID的相关控制算法进行详细的介绍，在数学建模和PID相关理论介绍的基础上对模糊PID控制器进行设计及仿真，在仿真中对模糊PID的模糊集，模糊规则及模糊规则库进行介绍，并对控制器进行仿真，最后得出仿真结果表明，设计的模糊控制器控制输出在波动产生后较短的时间内，重新进入收敛状态。过程反应灵敏，动作迅速，可靠性高。从而验证了模糊PID控制器具有良好的控制效果，所建立模糊系统的各项指标具有实用性和可行性,基本达到了设计要求。

关键字：三容水箱；模糊PID；控制器；仿真

目录

摘要

ABSTRACT

第一章  绪论-3

1.1研究背景及意义-3

1.1.1研究背景-3

1.1.2研究意义-3

1.2研究现状-4

1.2.1控制对象研究现状-4

1.2.1控制算法研究现状-4

1.3研究内容及章节安排-5

第二章  三容水箱控制系统的数学建模-7

2.1数学建模概念-7

2.2三容水箱液位控制系统结构-7

2.3三容水箱液位控制的建模-8

第三章  PID控制理论研究-12

3.1模糊控制的基本结构-12

3.1.1模糊化-12

3.1.2知识库-13

3.1.3模糊推理-14

3.1.4清晰化-15

3.2模糊控制的特点-15

3.3PID控制算法-15

3.3.1PID的概念-15

3.3.2模拟PID-16

3.3.3 数字PID-17

第四章  模糊PID控制器的设计及仿真-19

4.1模糊PID控制器组织结构-19

4.2模糊PID控制器设计-19

4.2.1模糊集-19

4.2.2模糊规则-20

4.3 模糊PID控制的仿真-23

4.3.1FIS编辑器-23

4.3.2 隶属函数-23

4.3.3 模糊规则库-24

4.4  对模糊控制器编程仿真-26

第五章  总结与展望-32

5.1总结-32

5.2展望-32

致  谢

参考文献