基于组态王的水箱液位PID控制性能改进(2)
6.1 测试 27
6.1.1 PID仿真控制曲线 27
6.1.2 模糊控制仿真曲线 28
6.1.2 模糊PID仿真控制曲线 30
6.2 结论 32
第七章 总结 33
致谢： 33
参考文献 34 第一章 绪论
1.1 PID控制发展背景
如今科技飞速发展，在人们的生活以及工业生产中，经常涉及液位和流量的控制问题，例如饮料、食品加工，居民生活用水的供应控制等。而在工业中，也有溶液过滤，污水处理，化工生产等多种行业的生产加工过程控制。在这些过程控制中，PID控制是最常用的控制方式。
PID控制器早在30年代末期就已经出现，问世至今已有近70年历史。经过不断地更新换代，从模拟PID控制器发展到数字PID控制器。同时，因其具有算法简单，可靠性高等优点，对可建立精确数学模型的确定性控制系统的控制非常有效，因此很受工程技术人员的喜爱，并广泛应用于工业控制过程。
然而在现今高速发展科学技术的大环境下，各领域对四栋控制系统的控制精度、响应速度、系统稳定性、自适应能力的要求越来越高，所研究的系统也日益复杂多变。诸如被控对象或过程的非线性、时变性、较大的随机干扰、过程激励错综复杂以及现场测量手段不完善等等原因，从而常常难以确立被控对象的精确模型。这时PID控制技术可以解决一部分问题，但是范围有限，且控制性能受到限制，无法充分发挥其优势。因而,探讨更加精细和稳定的控制对完善生活设施以及工业发展都有着重要意义[10]。
1.2 课题的研究意义
自动控制理论经历了经典控制理论、现代控制理论两个发展阶段。从控制理论解决的问题而论，很多重大的、根本的问题，如可控性、可观测性、稳定性等系统的基本性质，控制系统的综合方法都在传统的控制中建立了比较完善的体系。针对本研究需要探讨的液位控制，应用PID控制理论基本能够满足工程技术及其他领域液位控制的需要。
但随着工业生产的飞速发展，人们对生产过程的自动化水平、工业产品和服务产品质量的要求也越来越高。每一个先进实用的控制算法和监测算法的出现都对工业具有积极有效的推动作用。然而，当前的理论与实际的应用常常是不同步的，一般来说实际生产中的大规模应用要比理论研究成果滞后一段时间，这就导致一些现场发生的实际问题时常会得不到有效地解决，同时也制约了新式理论的应用。
目前，大多数的工业生产过程都是非线性的。因此，PID控制器的参数与系统所处的稳态工作情况有关。显然，工作情况改变是，调节器参数的“最佳值”是不同的，此外，大多数工业生产过程的特性随时间变化而变化，而PID参数是跟进过程参数来整定的。以双容水箱为例，双容水箱液位控制系统是模拟多容器流程系统的多输入多输出、大延迟、非线性耦合系统。它的液位控制算法的研究对于实际工程应用有着重要的意义。工业生产过程中的被控对象往往是多输入多输出系统，回路之间存在着耦合的现象。即系统的某一个输入影响到系统的多个输出，或者系统的某一个输出收到多个系统输入的影响。那么对于这种系统，过程特性的变化过大会导致控制性能的恶化，就是说，需要适时地对PID控制器的参数进行整定。传统的PID控制器参数是采用实验家试凑的方法有人工整定，这种整定工作不仅需要熟练的技巧，而且往往还相当费时。更重要的是，当被控对象特性发生变化，需要PID控制器参数做相应调整时，PID控制器没有这种“自适应”能力，只能依靠人工重新整定参数。由于生产过程的连续性以及参数整顿所需的实际性，这种重新整顿实际很难进行，甚至几乎是不可能的。故而，将模糊控制技术应用到PID控制中的想法，就应运而生[12][18][19]。