双容水箱液位控制系统精要.doc

双容水箱液位控制系统 郭晨雨914282178@目 录 摘 要 2 一．PID控制原理、优越性，对系统性能的改善 4 二．被控对象的分析与建模 6 三．PID参数整定方法概述 8 3.1 PID控制器中比例、积分和微分项对系统性能影响分析 8 3.1.1 比例作用 8 3.1.2 积分作用 9 3.1.3 微分作用 9 3.2 PID参数的整定方法 10 3.3 临界比例度法 12 3.4 PID参数的确定 15 四．控制结构 16 4.1 利用根轨迹校正系统 16 4.2 利用伯德图校正系统 18 4.3 调整系统控制量的模糊PID控制方法 20 4.3.1模糊控制部分 20 4.3.2 PID控制部分 23 五．控制器的设计 24 六.仿真结果与分析 25 七.结束语 27 参考文献 28 摘 要： 针对双容水箱大滞后系统，采用PID方法去控制。首先对PID控制中各参数的作用进行分析，采用根轨迹校正、伯德图校正的方法，对系统进行校正。最后采用调整系统控制量的模糊PID控制的方法，对该二阶系统进行控制。同时，在MATLAB下，利用Fuzzy工具箱和Simulink仿真工具，对系统的稳定性、反应速度等各指标进行分析。 关键字：双容水箱，大滞后系统，模糊控制，PID，二阶系统 ，MATLAB ，Simulink Abstract： For Two-capacity water tank big lag system，using PID to control this system. First, to analyze the effect of each parameter of PID. And the root-locus technique and bode diagram is adopted to design the correcting Unit. Then, fuzzy PID control method was used to adjust this second-order system. And a simulation model of this system is built with MATLAB Fuzzy and SIMULINK, with it analyzing the system stability ,reaction velocity and other indexs. Keywords: two-capacity water tank, big lag system, fuzzy control, PID, second-order system 一．PID控制原理、优越性，对系统性能的改善 当今的自动控制技术绝大多数部分是基于反馈。反馈理论包括三个基本要素：测量、比较和执行。测量关心的是变量，并与期望值相比较，以此偏差来纠正和调节控制系统的响应。反馈理论及其在自动控制的应用的关键是：作出正确的测量与比较后，如何将偏差用于系统的纠正和调节。 在过去的几十年里，PID控制，即比例-积分-微分控制PID控制器，不需精确的系统模型等，因而广泛的下面是典型的PID控制系统结构图： 图1-1 其中PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。 比例（P）调节作用是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 积分（I）调节作用是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。 微分（D）调节作用微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。