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模糊PID液位控制系统的设计与实现

李兵  
【摘要】:由于常规PID控制器结构简单、鲁棒性强,被广泛应用于过程控制中,但常规PID不能根据现场的情况进行在线自整定,非线性系统的常规PID控制往往不能获得较好的控制效果。基于知识和不依赖于精确数学模型的模糊控制给这个问题的解决带来了新的思路,在很多工业应用中已取得了良好的效果,但模糊控制在进入稳态后存在一定的静差。将模糊控制器和常规PID控制器结合起来,应用到液位控制系统中具有一定的实用价值。 本文结合模糊控制和常规PID控制理论,用于液位控制系统,完成了以下工作: 1.通过试验法建立了液位控制系统的水箱的数学模型,设计出了液位串级控制系统。 2.针对液位控制系统,选取合适的隶属度函数和制定出模糊控制规则,设计了模糊控制器,并分析了在模糊控制系统中,误差的量化因子、误差变化率的量化因子、控制量的增量的比例因子对系统性能的影响。针对液位控制系统,选取合适的隶属度函数和模糊PID控制规则,设计了模糊PID控制器。 3.用MATLAB/Simulink建立了液位串级控制系统,其主调节器分别采用PID控制,模糊控制,模糊PID控制,副调节器采用比例控制。通过仿真比较了当液位控制系统的控制对象模型变化后,常规PID控制、模糊控制、模糊PID控制的液位控制系统的性能。 4.将常规PID控制、模糊控制、模糊PID控制通过THJ-2控制实验装置进行实际的液位控制实验,并用MCGS组态软件对系统进行组态和编程进行实际控制。实验结果表明,与常规PID控制和模糊控制相比,模糊PID控制具有鲁棒性强和动态性能好等特点。


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