基于组态王的水箱液位PID控制性能改进(4)
2.4 模糊PID控制的研究
PID控制器的参数整定与系统的控制质量是直接相关的，而控制质量往往意着显著的经济效益。因此多年来PID控制参数的整定成为过程控制研究的主要方面之一[6]。常规PID控制器存在着参数修改，整定不方便等问题。虽然目前有一些整定PID控制器参数（比例系数，积分系数，微分系数）的方法，例如：对被控对象在线辨识，而后根据一定的控制要求或目标函数，对这三个参数进行在线整定，或者利用计算机最优化方法寻求最佳PID参数等方法。但这些方法都有其局限性,采用辨识的方法必须建立在被控对象的精确数学模型基础上,当被控对象存在着结构非线性、参数时变性或模型不确定性时，其辨识的结果不一定有效。总之，由于常规PID控制器不具有在线整定参数的能力，使其不能满足在不同的e（误差）、ec（误差变化率）下系统对PID参数自整定的要求，从而影响到控制效果的进一步提高。将模糊控制与常规PID控制相结合，利用模糊推理的思想，根据不同e、ec，对PID的比例细说，积分系数，微分系数进行在线整定，这就是模糊自整定PID控制器。
模糊PID控制器是将模糊控制与常规PID控制相结合的产物。他吸收了模糊控制和常规PID控制的优点。模糊控制和常规PID控制结合方式可以分为两种，一种是将PID控制的思想引入模糊控制；一种是将模糊控制技术引入PID控制中。
研究表明，模糊PID不仅可以解决简单线性系统的控制问题，而且对于许多负责非线性、高阶、时延等系统具有很好的效果。模糊PID控制是实际上是一种变增益或自调节PID。根据模糊推理机输出量的直接物理含义，模糊PID型控制器可以分为直接控制量型，增益调度型和混合型。
2.5 液位控制采用模糊PID控制的可行性
液位控制系统的过程参数会随着液位的变化或干扰因素的影响而发生改变，液位超调后，用传统的控制方法难以得到很好的控制效果。另外对于PID控制，若条件稍有变化，则控制参数也需调整。尽量达成实时改变控制策略，使控制系统指标保持在比较好的范围内。但在这个过程中，操作者的经验不易精确描述，控制过程中各种信号量以及评价指标也不易定量表示，而模糊理论正是解决这一问题的有效途径[17][23]。
人们运用模糊数学的基本理论和方法，把规则的条件操作用模糊集表示，并把这些模糊控制规则及有关信息作为知识存入计算机知识库中，然后计算机根据控制系统的实际响应情况运用模糊推理，实现对PID参数的最佳调整。
从以上的分析可知，液位控制系统正是一种典型的具有明显非线性的系统，而将模糊自整定PID控制应用在其中，可以获得很好的控制性能。大量的理论研究和实践也证明了用模糊自整定PID控制去解决非线性系统的过程控制是一个比较好的解决方法。
模糊PID控制不仅能发挥模糊控制的鲁棒性好、动态响应好、上升时间快和超调小的特点，又具有PID控制器的动态跟踪品质和稳态精度。因此在液位控制系统中采用PID参数模糊自整定控制,实现PID参数的在线自调整功能,可以进一步完善PID控制的自适应性能。在实际应用中也取得了较好的效果[20][23]。
第三章 液位控制系统模型的建立
3.1 液位控制系统
水箱液位控制系统AE2000B由水箱体（不锈钢储水箱：mm400450850、串接圆筒有机玻璃上水箱：mm370250、下水箱：mm270250、1个连接阀门、2个泄水阀门及1个调整进水阀门的步进电机和其他连接构件）、水位检测元件（压力传感器）、水泵、数据采集模块（ADAM IPC7017）及上位工控机(内有PCI总线插槽)构成，负责监测和变送和执行的元件包括液位传感器、涡轮流量计、压力表、电动调节阀等。总体结构的原图如下图所示。