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基于自适应模糊PID控制的多容水箱的液位控制

李阳  
【摘要】:在现代化的工业生产中,过程控制扮演着十分重要的角色。人们一般会选择温度、液位、流量和压力等作为被控物理量,本论文所选用的被控对象是水箱液位,实验仪器为A3000过程控制系统。A3000过程控制系统具有很强的工业特性,可以模拟各种工业生产过程。自适应模糊PID控制器由于不需要进行建模,并且它的鲁棒性和抗干扰性能较强,所以得到了广泛的应用。本文在下面架构下采用了自适应模糊PID控制器对多容水箱液位进行了控制。本文的主要工作内容如下:本文首先介绍了PID控制、云模型控制和模糊控制,并有效地将算法结合起来,设计出云PID控制器和自适应模糊PID控制器,利用Simulink仿真软件对水箱系统进行液位的仿真。从仿真中可以看出自适应模糊PID控制器的控制效果更好,说明它具有一定的鲁棒性。在自适应模糊PID控制器的基础上,加入了粒子群算法,设计出一种新型的智能控制器。利用粒子群算法先对自适应模糊PID控制器的参数进行离线修正,然后将优化得到的参数值赋给相应的参数,这样它就可以弥补模糊控制器和PID控制器的参数选择问题的缺陷。将此新型控制器运用到水箱系统中,并在MATLAB中对控制系统进行了仿真,仿真结果表明此新型智能控制器的控制效果优于常规PID控制器和自适应模糊PID控制器。然后本文就单容、双容水箱的原理和特性进行了简要的分析,依照它的原理和特性制定了控制策略,并且设计出自适应模糊PID控制器。使用MATLAB软件编写自适应模糊PID控制器的程序和组态王软件设计出水箱现场的监控画面。简要的介绍了MATLAB与组态王的数据交换和PC客户端与A3000系统的连接。然后就A3000系统进行实验,从实验可以得出该控制算法的可行性。最后对全文进行了总结,分析了本文设计的控制器的优点以及值得改进的地方,并对今后的研究指出了方向。


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