模糊PID控制在雙容水箱中的應用

　　摘要：液位控制是工業(yè)過程中常見的過程控制，由于很難建立其精確的數(shù)學模型，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合，用模糊控制器來整定PID控制器的比例、積分、微分系數(shù)，對雙容水箱液位進行控制，實驗表明，采用模糊PID控制器后，控制系統(tǒng)的響應速度加快，超調(diào)量減小，過渡時間大大縮短，具有較好的穩(wěn)定性和魯棒性。

　　水箱液位控制是過程控制的典型代表，很多學者都致力于水箱液位系統(tǒng)的控制研究。王維榮提出了應用模糊控制技術控制雙容水箱的液位。胡開明等提出了使用模糊PID控制與組態(tài)技術對液位系統(tǒng)進行控制，提高了系統(tǒng)的性能。本文提出了應用模糊PID理論對雙容水箱液位進行控制，并且對照常規(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)。整個系統(tǒng)由水箱主體、檢測元件、調(diào)節(jié)變頻裝置、閥門、泵及步進電機組成，包含上下2個水箱，閥門控制水箱中水的位置即高度，水存儲在儲水箱中，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)帶來的干擾影響。通過對系統(tǒng)結構的分析不難看出，該系統(tǒng)具有非線性和時滯性，要建立精確的數(shù)學模型比較困難。模糊控制可以避開復雜的數(shù)學模型，對于非線性時滯系統(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、時變和滯后現(xiàn)象，數(shù)學模型不好建立。模糊控制則不依賴于系統(tǒng)的數(shù)學模型，它主要以經(jīng)驗進行推理控制。本文將模糊控制器和傳統(tǒng)的PID控制器相結合實現(xiàn)對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是液位給定值和測量值之間的誤差，誤差變化率ec=de/dt，通過A/D轉換器得到數(shù)字信號，送給模糊PID控制器進行處理，處理完后的預調(diào)整結果送給D/A進行數(shù)字量和模擬量的轉換，交給執(zhí)行機構去推動上下水箱進行泄水或進水操作，最終實現(xiàn)使下水箱的液位等于給定值?！　?/p>