模糊PID控制在雙容水箱中的應(yīng)用

　　摘要：液位控制是工業(yè)過(guò)程中常見(jiàn)的過(guò)程控制，由于很難建立其精確的數(shù)學(xué)模型，常規(guī)PID控制得不到理想效果。本文將常規(guī)PID控制和模糊控制相結(jié)合，用模糊控制器來(lái)整定PID控制器的比例、積分、微分系數(shù)，對(duì)雙容水箱液位進(jìn)行控制，實(shí)驗(yàn)表明，采用模糊PID控制器后，控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快，超調(diào)量減小，過(guò)渡時(shí)間大大縮短，具有較好的穩(wěn)定性和魯棒性。

　　水箱液位控制是過(guò)程控制的典型代表，很多學(xué)者都致力于水箱液位系統(tǒng)的控制研究。王維榮提出了應(yīng)用模糊控制技術(shù)控制雙容水箱的液位。胡開(kāi)明等提出了使用模糊PID控制與組態(tài)技術(shù)對(duì)液位系統(tǒng)進(jìn)行控制，提高了系統(tǒng)的性能。本文提出了應(yīng)用模糊PID理論對(duì)雙容水箱液位進(jìn)行控制，并且對(duì)照常規(guī)PID和模糊PID控制的控制效果，證明不同控制策略的優(yōu)劣。

　　雙容水箱液位控制系統(tǒng)

　　圖1所示為雙容水箱液位系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由水箱主體、檢測(cè)元件、調(diào)節(jié)變頻裝置、閥門(mén)、泵及步進(jìn)電機(jī)組成，包含上下2個(gè)水箱，閥門(mén)控制水箱中水的位置即高度，水存儲(chǔ)在儲(chǔ)水箱中，控制的目的是使下水箱的液位等于給定值，并能夠客服自身系統(tǒng)帶來(lái)的干擾影響。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析不難看出，該系統(tǒng)具有非線性和時(shí)滯性，要建立精確的數(shù)學(xué)模型比較困難。模糊控制可以避開(kāi)復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于非線性時(shí)滯系統(tǒng)有較好的控制效果?！　?/p>

 

　　模糊PID控制器的建立

　　常規(guī)PID控制器要求控制系統(tǒng)模型精確，而大多數(shù)的工業(yè)控制系統(tǒng)都存在著不同程度的非線性、時(shí)變和滯后現(xiàn)象，數(shù)學(xué)模型不好建立。模糊控制則不依賴于系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，它主要以經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理控制。本文將模糊控制器和傳統(tǒng)的PID控制器相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)于雙容水箱液位系統(tǒng)的控制，控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。圖中e是液位給定值和測(cè)量值之間的誤差，誤差變化率ec=de/dt，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器得到數(shù)字信號(hào)，送給模糊PID控制器進(jìn)行處理，處理完后的預(yù)調(diào)整結(jié)果送給D/A進(jìn)行數(shù)字量和模擬量的轉(zhuǎn)換，交給執(zhí)行機(jī)構(gòu)去推動(dòng)上下水箱進(jìn)行泄水或進(jìn)水操作，最終實(shí)現(xiàn)使下水箱的液位等于給定值?！　?/p>