改进型PID算法在液位串级控制系统中的研究(2)
统的PID控制器显得力不从心。而且传统的PID控制器比较适合单输入、单输出的系
统，当面对多输入、多输出的系统时，就需要设计多个PID控制器来对系统进行控制
[1]
。这虽然在理论上可行，但是实际操作起来困难重重，需要依赖各控制变量之间的
相关性大小。此外，由于机械磨损等因素，被控对象的动态特性可能会随着时间的推
移而发生变化，这样我们就需要重新对数学模型进行补偿并重新标定 PID参数值，这
就大大增加了人工成本，并使得系统的利用率低下[1]
。显然，传统的PID控制方式已
经越来越难以适应当今社会对液位控制精度、稳定性以及其他方面的要求。
所以，为了解决上述问题，各国专家学者都在试图找到更好的控制方法。这直接
催生了一批以模糊控制为代表的智能控制算法的提出。
1.2 研究的应用价值与意义
液位控制在工业生产中和我们平时的日常生活中应用相当广泛，比如蒸汽锅炉、
油罐液位以及日常水箱液位等。人们只需要通过操作界面对水位等参数进行设定，而
不需要其他的复杂手法，系统就能够自动控制电磁阀、水泵、阀门等硬件设施，在外
界影响变化时，时刻保持液位在设定的高度。这种自动化的控制方式大大提高了工作
效率与质量，也能够取得很好的经济效益。
随着现代社会对液位控制精度以及稳定性等各方面的要求越来越高，各种优良的
控制算法有了大展身手的舞台空间。在现在各地的摩天大厦拔地而起的时候，它的给
水工程成为了建造者以及业主比较关注的问题。如何能够保持水箱的液位恒定又能取
得比较好的经济效益成为了各方关注的焦点。模糊控制的出现完美的解决了这个问
题。由于水箱内的水被用作生活用水时，水具有挥发性，所以我们难以建立起它的精
确的数学模型。模糊控制不依赖与数学模型，可以自动的调节阀门的开启度大小以及
速率，能够时刻保持水位在设定的高度。这样在水位不足时，模糊控制器才会控制水
泵等硬件工作，而在水位符合要求时，水泵等部件停止，既可以保证良好的经济运行效益，又能够保证水箱的液位水平在要求的范围内。
在工业生产中，很多时候我们也需要设定液位在恒定的数值，以保证工业生产能
够正常进行。总体来说，以模糊控制为代表的改进型PID算法正在社会发展的方方面
面发挥着越来越重要的作用。
1.3 PLC 的发展概况
可编程序控制器的英文名为 Programmable Controller，为了与个人电脑的简称
PC区分开来，一般情况下我们将可编程序控制器简称为PLC。
1968 年，为了解决汽车生产线继电器-接触器控制系统中普遍存在的问题，美国
通用公司提出了一种新型控制器所需具备的十大技术要求。1969年，美国数字设备公
司研发了第一台可编程序逻辑控制器，并在通用汽车生产线上成功运用，从而开创了
工业控制的新局面。20 世纪 70 年代以后，随着微电子技术的快速发展，PLC 采用了
通用微处理器，这样就不再局限于逻辑运算了，我们称之为可编程序控制器[2]
。 现如今，PLC 与机器人技术、CAD/CAM 技术、数控技术并称为当代自动化生产的
四大支柱。PLC已经广泛应用在各工业生产中，主要有以下几个方面：
1、闭环过程控制
2、运动控制
3、开关量逻辑控制
4、数据处理
5、通信联网
未来，PLC产品规模将向大、小两个方向 发展。中、高档的PLC将向高速、大型、
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