基于模糊pid的三容水箱液位控制

《基于模糊pid的三容水箱液位控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、毕业论文开题报告毕业学校：西北民族大学指导老师：课题题目：基于模糊PID的三容水箱液位控制班级：姓名：联系方式：一、选题的目的意义及国内外对本课题涉及问题的研究现状.•(1)本选题的目的、意义现在，随着工业化程度的不断提高，控制对象越来越复杂，控制精度要求越来越高，传统的控制方法已不能满足控制要求，先进控制理论方法的探索和研究显得尤为重耍。三容水箱液位系统在非线性、大惯性过程控制研究应用屮具冇广泛代表性，近年来鬧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。进一步研究三容水箱系统的控制算法并构建现代实验教学系统，在工业控

2、制领域和工程控制论教学屮都具奋较为重要的理论和实际应用价值。其次，工业上许多被控对象的整体或局部都可以抽象成三容水箱的数学模型，因此对三容水箱液位控制系统的研究对工业生产屮液位的控制具冇重要的指导意义。(2)国内外对本课题涉及问题的研究现状二、研究方法、研究手段和需要重点研究的问题及解决的思路(1)三容水箱模型图1三容水箱(2)三容水箱系统的特点三容水箱系统是冇较强代表性和工业背景的对象，具冇非常重要的研究意义和价值，主要是因为它具有如下特点：(1)通过改变各个阀门的关闭或打幵状态可构成灵活多变的对象，如一•阶对象、二阶对象或双入多出系统对象等；(

3、2)三容水箱系统是典型的非线性、时延对象，所以吋对其进行非线性系统的辨识和控制等的相关研究：(3)三容水箱系统吋构造单回路控制系统、串级控制系统、复杂过程控制系统等,从而对各种控制系统的研究提供可靠对象；(4)巾于对三容水箱系统的控制主耍通过计算机来完成，所以，可由计算机编程实现各种控制算法来对水箱系统进行控制，为控制算法的研究提供了良好的试验平台。(3)三容水箱模型的建立三容水箱液位控制系统的被控对象是三容水箱，被控参数是T3的液位，控制参数为T1的进水量，使用电动调节阀改变其开度来控制其进水量。三容水箱是液位控制系统中的被控对象。若流入暈和流出

4、暈相同，水箱的液位不变，平衡后当流入侧阀门开大吋，流入量大于流出量导致液位上升。同时由于出水压力的增人使流出量逐渐增人，其趋势是重新建立起流入量与流出量之间的T衡关系，即液位上升到一定高度使流出量增人到与流入量相等而重新建立起平衡关系，液位最后稳定在某一高度上；反之，液位会下降，并最终稳定在另一高度上。由于水箱的流入量可以调节，流出量随液位高度的变化而变化，所以只需建立流入暈与液位高度之间的数学关系就可以建立该水箱对象的数学模型。(4)假设及相关参数定义1.此液体流动性好，粘度＞4忽略不计。2.此系统所冇阀门动作均无延吋，且在其动作范MN遵循线性化

5、准则。3.此系统中所有阀门性能参数均相同，且其液阻相等，丼在整个控制过程中恒定。(5)执行器(阀门)的数学模型(6)数学模型的推导水槽1:in2.2)水槽2:水槽3:dtA3Qf=—L这里ZRi，其中^(/=L23)为上中下三个水箱的液位，斤、/?2、R/A别为阀门VT1、VT2、VT3的线性化液阻。则有如下公式a=h{IR,22=么//?223按照流体力学原理，水箱流出量a与出口静压冇关，同时还与调节阀门的阻力R宥关，假设三者之间的变化关系为：通过对以上公式进行拉式变换，代入相关的数值，则可以得出三容对象关丁•第三级水箱液位h3的传递函数。Gs=

6、(7；9+1)(7^+1)(7>+1)式中：7；--第一个水箱的时间常数，7；=A^.；t2--第二个水箱的时间常数，r2=a2r2-7；--第三个水箱的时间常数，T3=A,R3;计算并得出此系统开环阶跃响应曲线。三、三容水箱模型的控制与仿真P1D控制器是工程屮应用最广泛的一类控制器，其具冇结构简单、调节容易等优点。故本三容水箱液位控制系统也采用PW控制器进打控制。在此，本文采用简单PID和串级PID两种控制方法分别对系统进行调试。(1)三容水箱的简单PID控制PID控制器根据给定值R与实际输出值C构成偏差信号E=R-C。P1D控制器的各个校正环节

7、均有其作用：比例环节(P)能成比例地反映控制系统的偏差信号error(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差；积分环节(1)则主要用于消除静差，提高系统的无差度；微分环节(D)反映了偏差信号的变化趋势(变化速率)，井能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个宥效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。arDs+1PID控制器的公式为=K，L+Kds，其中a=(0.01-0.02)。S在此我们以T3的液位高度么作为反馈信号,选择PID控制器构建控制系统，其控制原理图如下：设定值执tfWb二ft木钔GnF此系统的开环传递函

8、数为open错=GcG，G闭环传递函数为closed二咖：gcg，gs⑴l+GcGaG，在MATLAB的仿真平台上搭建此控