高昂课程设计

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1、课程设计题目：基于matlab的三容水箱系统的设计与仿真班级：电气5班姓名：高昂学号：201295014174指导教师：张小娟日期：2015年1月11日20课程设计任务书设计题目基于Matlab的高阶系统设计与仿真设计要求一、高阶系统的设计要求：1、建立高阶系统的数学模型。2、选择PID控制方法对高阶系统进行控制。3、计算PID参数的整定结果。4、利用Simulink或M程序进行仿真。二、设计步骤与要求1、阐述系统的工作原理。2、拟定高阶系统电路组成框图。3、进行PID参数的整定。4、画出高阶系统结构图。5、写出设计性实验报告。工作计划1、201

2、5.1.4-1.5搜集资料；2、2015.1.6-1.10电路设计；3、2015.1.10-1.12完成设计报告并提交指导教师：张小娟教研室主任：20目录第一章：前言…………………………………………………………41.1设计背景………………………………………………………41.2三容水箱的特点………………………………………………41.3设计意义………………………………………………………5第二章：FUZZYPID控制原理……………………………………62.1模糊PID控制介绍……………………………………………62.2PID控制的优点与不足……………………

3、………………7第三章:被控对象的分析与建模……………………………………83.1三容水箱的结构………………………………………………83.2三容水箱液位控制系统的工作原理…………………………93.3数学模型推导…………………………………………………10第四章：MATLAB/SIMULINK仿真介绍………………………………114.1软件介绍………………………………………………………114.2Simulink特点………………………………………………13第五章:三容水箱的简单PID控制…………………………………145.1PID控制器………………………………

4、…………………145.2在matlab的simulink仿真………………………………15第六章：总结………………………………………………………16第七章：心得体会…………………………………………………17参考文献20第一章前言1.1设计背景三容水箱为工业过程控制中常见的液位控制对象，此系统装置模拟了工业生产过程中对液位,流量参数的测量和控制，具有控制中动态过程的特点：大惯性，大延时，非线性等。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

5、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1.2三容水箱系统的特点三容水箱系统是有较强代表性和工业背景的对象，具有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开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；(2)三容水箱系统是典型的非线性、时延对象，所以可对其进行非线性系统的辨识和控制等的相关研究：(3)三容水箱系统可构造单回路

6、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；20(4)由于对三容水箱系统的控制主要通过计算机来完成，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。1.3设计意义PID控制是生产过程中最普遍使用的控制方法，在冶金、机械、化工等行业获得广泛应用。随着工业生产和现代化科学技术的迅速发展，各个领域对自动控制系统控制性能的要求越来越高。实际的工业生产过程中往往具有非线性、时变性等不确定的干扰，常规PID控制器经常出现参数整定不良、控制性能欠佳且适应性较差等缺点。模糊控制

7、可以把人类语言表述的控制策略，通过模糊集合和模糊逻辑推理转化成数字或数字函数，再用计算机去实现既定的控制。常规的模糊控制缺少积分环节，加之模糊控制器特有的量化过程，模糊控制是存在静态误差的，而通过给模糊控制器并联积分器成功地消除了静态误差。智能控制与常规PID控制相结合，形成了智能PID控制，这种新型控制器已引起人们的普遍关注和极大兴趣，并已得到较为广泛的应用。模糊PID控制可以根据系统的运行状态在线整定PID控制器参数，使系统的运行性能有很大的提升。本设计建立了串联双容水箱液位控制系统的数学模型，应用Matlab软件对PID算法、模糊PID算法

8、进行了仿真。20第二章模糊PID控制器2.1模糊PID控制器介绍常规PID控制器无法实现参数的在线调整，为此在常规PID的基础上加设模糊