水箱液位模糊控制系统的仿真

双容水箱PID液位控制系统的仿真本科生毕业设计精品推荐毕业设计双容水箱液位PID控制算法的仿真研究摘要由于单回路控制系统已不能克服液位控制中的一些问题，如：大时延、非线性、容量滞后等。

因此本设计针对这些问题设计串级控制，对单回路控制系统无法控制的问题进行解决，同时比较单回路控制系统和串级控制系统的不同之处。

本次毕业设计的课题是多容水箱的PID液位控制系统的仿真。

在设计中，主要针对双容水箱进行了研究和仿真。

本文的主要内容包括：对水箱的特性确定与实验曲线分析，通过实验法建立了液位控制系统的水箱数学模型，设计出了串级控制系统，针对所选液位控制系统选择合适的PID算法。

用MATLAB/Simulink建立液位串级控制系统，调节器采用PID控制系统。

通过仿真比较了单回路液位控制系统和串级控制系统控制的不同之处，以及参数的整定及各个参数的控制性能的比较，对所得到的仿真曲线进行分析，总结了参数变化对系统性能的影响。

关键词：MATLAB；PID控制；串级控制；液位系统仿真More let water tank PID level control systemsimulationAbstractBecause single loop control system has not overcome some of the liquid level control issues, such as: big time delay, non-linear process, capacity lag and so on. So this design is proposed to solve these problems, the cascade control for single loop control system can't control problems were solved, meanwhile compared single loop control system and cascade control system differences.The graduation design topic is based on the MATLAB PID level control system simulation. In the design, I mainlyresponsible is double let water tank simulation. The main content of this article include: software MATLAB, the introduction and application of the simulation of use in Simulink problems that should be paid attention to. Grasp the basic ideas of PID control to be familiar with PID algorithm, PID parameters setting method. Water tank with the experimental curves to determine the characteristics, through the test method analysis level control system was established mathematical model, the water tank designed cascade control system for the selected level control; choose the appropriate control system PID algorithm. MATLAB/Simulink establishes level cascade control system, the regulator using fuzzy PID control system. Through the comparative simulation single loop level control system and a cascade control system control differences, and parameter setting and various parameters control performance comparison, application gets PID control algorithm is analyzed for simulation curve, summarizes the parameters on the system performance impact.Keywords: MATLAB；PID control; Cascade control; Level system simulation目录1 绪论 (1)1.1问题的提出及研究意义 (1)1.1.1 水箱控制系统研究的意义 (1)1.2PID控制算法的研究现状 (2)1.3PID控制的应用与发展 (2)1.4本次设计的主要工作 (3)2 MATLAB仿真概述 (4)2.1过程控制系统的MATLAB计算与仿真 (4)2.1.1 控制系统计算机仿真 (4)2.2控制系统的MATLAB计算与仿真 (4)3 PID控制简介及其整定方法 (7)3.1PID控制简介 (7)3.1.1 PID控制原理 (7)3.2PID控制算法 (8)3.2.1 位置型算法 (9)3.2.2 增量型算法 (9)3.3PID调节的各个环节及其调节过程 (10) 3.3.1 比例控制与其调节过程 (10)3.3.2 比例积分调节 (11)3.3.3 比例积分微分调节 (12)3.4串级控制 (12)3.5串级控制系统的设计 (14)3.5.1 主回路的设计 (14)3.5.2 副回路的设计 (14)3.5.3 主、副回路的匹配 (15)3.6串级控制系统的工业应用 (16)3.6.1 用于克服被控过程较大的容量滞后 (16) 3.7PID控制的特点 (16)3.8PID参数整定方法 (16)3.8.1 传统整定方法 (17)4 双容液位控制系统的建模 (19)4.1过程建模的方法 (19)4.1.1 机理法 (19)4.1.2 测试法 (19)4.1.3 阶跃响应法 (20)4.2分析多容过程的数学建模 (21)4.2.1 一阶单容上水箱特性 (21)4.2.2 二阶双容下水箱对象特性 (23)5 双容液位控制系统的仿真 (25)5.1被控对象的仿真模型 (25)5.2单回路控制系统的仿真 (25)5.3串级控制系统的仿真 (30)5.3.1 当副环采用PID调节时 (32)结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)1 绪论1. 1 问题的提出及研究意义大多数情况下，单回路控制系统能够满足工艺生产的基本要求。

第37卷第12期计算机仿真2020年12月文章编号：1006-9348 (2020) 12 -0219 -05基于DCS的双容水箱液位控制系统仿真孙悦，恒庆海(北京信息科技大学自动化学院，北京100192)摘要:液位控制是科研工作者研究控制理论的一种科研平台。

上述系统具有观察方便、测量灵活、直观等诸多优点，能够实 现各种控制方法的研究。

现以浙大中控CS4000过程控制装置中的双容水箱液位作为被控对象，利用实验测定法建立双容 水箱液位控制系统模型，分别设计了三种控制器:PID控制器、模糊控制器和模糊控制与PID结合控制器。

在MATLAB中对 以上三种控制方法进行SIMULINK仿真,对结果做分析与比较。

最后借助于集散控制系统平台实现对所建立的双容水箱液 位系统进行组态与调试。

结果证实，模糊控制与PID结合方法和模糊控制效果均优于传统PID控制。

关键词:双容水箱液位;模糊控制;集散控制系统中图分类号:TP273 文献标识码：BSimulation of Double - tank Water Level ControlSystem Based on D C SSUN Yue,HENG Q ing-hai(School of Automation,Beijing Information Science and Technology University,Beijing 100192, China)A B S T R A C T：Liquid level control i s a scientific research platform for researchers to study control theory.To achievea variety of control methods of research,this system has many advantages,such as convenient observation,flexiblemeasurement,intuitive,etc..CS4000 process control device in double- tank water level was as the controlled object in t h i s paper.The double- tank water level control system model was established by using the experimental method.Three controllers were designed,that is,PID controller,fuzzy controller and fuzzy control and PID combined control­ler.The S I M U L I N K simulation of the above three control methods was carried out based on M A T L A B,and the results were analyzed and compared.Finally,the configuration and debugging of the double- tank water level system estab­lished in this paper was realized by means of the distributed control system platform.The results confirm that the fuzzy control and PID combination method and fuzzy control effect are better than the traditional PID control.K E Y W O R D S：Double-tank water level；Fuzzy control；D C Si引言液位控制系统是将液位当作被控对象参数的控制系统[1],是比较经典的一种模型。

水箱液位PID调节控制系统及实物仿真调试【摘要】在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题，例如居民生活用水的供应，饮料、食品加工，溶液过滤，化工生产等多种行业的生产加工过程，通常需要使用蓄液池，蓄液池中的液位需要维持合适的高度，既不能太满溢出造成浪费，也不能过少而无法满足需求。

因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。

PID控制（比例、积分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。

【关键词】水箱液位；PID控制；液位控制；Matlab仿真一．引言在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题，例如居民生活用水的供应，饮料、食品加工，溶液过滤，化工生产等多种行业的生产加工过程，通常需要使用蓄液池，蓄液池中的液位需要维持合适的高度，既不能太满溢出造成浪费，也不能过少而无法满足需求。

因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。

本论文利用PID算法在matlab中进行仿真并讲解实物搭接效果，具体如下：1、利用指导书中推导的模型和实际的参数，建立水箱液位控制系统的数学模型，并进行线性化；2、构成水箱液位闭环无静差系统，并测其动态性能指标和提出改善系统动态性能的方法，使得系统动态性能指标满足σ%≤10%0.5秒，静态误差小于2%；3、通过在matlab编程中求取合适的反馈变量K,然后与仿真模型结合构成最优控制的水箱液位系统，通过图形分析是否满足系统的性能参数；4、加入P、PI、PD、PID环节分别进行调试；5、选取合适的极点并通过图形分析是否满足系统的性能参数；6、比较加入各种不同PID 环节下的优缺点；7、实物搭接；8、比较在不加扰动和加扰动情况下以及在各种不同环节作用下系统性能。

二．水箱液位控制系统的设计及实物调试该题目包括MATLAB 软件仿真和硬件实物调试部分，软件仿真的目的是对 系统先进行建模，然后设计控制器使其满足任务书上的性能指标要求，并调整控制器参数，分析控制器各参数对系统稳定性的影响。

水箱水位串级控制系统建模与仿真水箱水位串级控制系统建模与仿真摘要：本设计充分利用自动化仪表技术，计算机技术和自动控制技术，来对水箱水位的串级控制系统进行建模与仿真。

首先对被控对象的模型进行分析，并采用实验建模法求取模型的传递函数。

其次，根据被控对象模型和被控过程特性设计串级控制系统，在MATLAB中对其进行性能进行分析。

然后设计PID控制算法，完成控制系统实验和结果分析。

关键词：实验建模；串级控制系统； PID控制；MATLAB仿真The Modeling and Simulation of Tank level Cascade Control SystemAbstract: In order to make the modeling and simulation of water tank level cascadecontrol system, this design takes advantage of automated instrumentation technology, computer technology and automatic control technology. First, make analysis for the controlled object model and strike the transfer function by using the e_perimental modeling method. Secondly, according to the controlled object model and the characteristics of the controlled process, design cascade control system in MATLAB to analyze its performance. Then design the PID control algorithm, complete control system e_periments and analysis of results.Keywords：E_perimental modeling; Cascade control system; PID control; MATLABsimulation11. 设计目的和意义随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求，这使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高，因此，复杂过程控制系统应用越来越广泛，另一方面，自动控制理论的发展，一些新型的先进的控制方法在工业生产过程控制中得到了逐步应用，但是这些先进控制方法需要比较复杂的运算，往往需要借助计算机数字控制来实现。

智能控制及MATLAB实现—水箱液位模糊控制仿真设计智能控制是一种利用先进的智能技术和算法来实现自动控制的方法。

在智能控制中，模糊控制是一种常见且有效的方法之一、模糊控制通过将模糊逻辑应用于控制系统中的输入和输出，根据模糊规则来进行决策和控制。

水箱液位控制是一个典型的控制问题，常常用于工业和民用领域中的自动化系统。

在许多控制应用中，水箱液位的控制是一个关键的问题，因为它需要根据系统的液位情况来实现稳定的控制。

在模糊控制中，首先需要建立一套模糊规则系统，该系统包括模糊化、模糊推理和解模糊化这三个步骤。

模糊化是将实际输入转换为模糊集合的过程。

在水箱液位控制中，可以将液位分为低、中和高三个模糊集合。

通过将实际液位值映射到这些模糊集合中的一个，来表示液位状态。

模糊推理是根据一组模糊规则，将模糊输入转换为模糊输出的过程。

通过将输入和规则进行匹配，确定输出的模糊集合。

在水箱液位控制中，可以使用如下规则：如果液位低且液位变化小，则控制信号为增大水流量；如果液位高且液位变化大，则控制信号为减小水流量；如果液位中等且液位变化适中，则控制信号为不变。

解模糊化是将模糊输出转换为实际的控制信号的过程。

在水箱液位控制中，可以使用模糊加权平均值的方法来进行解模糊化。

通过将模糊集合和其对应的权重进行加权平均计算，得到最终的控制信号。

在MATLAB中，可以使用Fuzzy Logic Toolbox来实现水箱液位模糊控制仿真设计。

首先需要建立输入和输出的模糊化和解模糊化函数，然后根据实际的模糊规则，构建模糊系统。

最后通过设定输入的模糊值，使用模糊系统进行推理和解模糊，得到最终的控制信号。

总结起来，智能控制及MATLAB实现水箱液位模糊控制仿真设计包括建立模糊规则系统，进行模糊化、模糊推理和解模糊化三个步骤，通过Fuzzy Logic Toolbox来实现模糊控制系统的构建和仿真。

通过利用模糊控制的方法，可以实现水箱液位的自动稳定控制，并提高了控制系统的鲁棒性和适应性。

水箱液位模糊控制器仿真练习水箱通过调节阀可向内注水和向外抽水。

设计一个模糊控制器，通过调节阀门将水位稳定在固定点附近。

图1 水箱液位控制1.输入量和输出量的模糊化将偏差e分为五级：负大（NB），负小（NS），零（O），正小（PS）,正大（PB）。

根据偏差e的变化范围分为七个等级：-3，-2，-1，0，+1，+2，+3。

表1 控制量变化划分表控制量u为调节阀门开度的变化。

将其分为五级：负大（NB），负小（NS），零（O），正小（PS），正大（PB）。

并根据u的变化范围分为九个等级：-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4。

表2 控制量变化划分表2.模糊规则的描述根据日常的经验，设计以下模糊规则：（1）“若e负大，则u正大”（2）“若e负小，则u正小”（3）“若e为0，则u为0”（4）“若e正小，则u负小”（5）“若e正大，则u负大”3.隶属度函数（1）输入（误差e）隶属函数（2）输出（控制量u）隶属函数4.仿真结果取偏差e=-3所得仿真结果如下：5.不同的隶属函数（1）输入（误差e）隶属函数（2）输出（控制量u）隶属函数6.仿真结果取偏差e=-3所得仿真结果如下：7.结果分析以上对输入（误差e）采用两个不同的隶属函数，第一个采用三角形隶属函数，第二个采用梯形隶属函数，从以上两个仿真结果可以看出，对于同样的输入e=-3，当使用三角形隶属函数时，其输出为u=-3.53, 当使用梯形隶属函数时，其输出为u=-3.05。

从图上还可以看出当采用梯形隶属函数时，对特定的元素所得到的隶属度会有较多机会为“1”，而用三角形隶属函数的隶属度较小。

水箱液位控制PID的MATLAB参数整定及仿真摘要：PID控制器主要针对控制对象来进行参数调节。

PID的归一参数整定法和试凑法费时，费力。

针对这一问题，探讨MATLAB实现PID参数整定及仿真，同时观察控制参数对PID控制规律的影响。

关键词：PID；参数整定；仿真1 引言PID控制器又称为PID调节器，是按偏差的比例P、积分I、微分D进行控制的调节器的简称，它主要针对控制对象来进行参数调节。

因为它算法简单、稳定性好、工作可靠、鲁棒性好，在工程上易于实现，但PID控制器的参数整定方法复杂，通常采用PID归一参数法和试凑法来确定，但较费时、费力。

针对这一问题，文中探讨用MATLAB实现PID参数整定及仿真的方法及控制参数对PID控制规律的影响。

利用MATLAB强大的计算仿真能力，解决了利用试凑法来整定参数浩繁的工作，可以方便、快速地找到使系统达到满意性能指标的参数。

2 PID控制器的原理与算法图1是典型PID控制系统结构图。

在PID调节器作用下，对误差信号分别进行比例、积分、微分控制。

PID控制算法的模拟表达式为μ (t) =Kp [ + +Td de(t) dt ]相应的传递函数为：Gc(s)= Kp(1 +S + TdS)3 水箱水位调节系统：一个典型的水箱水位自动控制系统如下图所示。

这个水位控制系统中，水池的进水量Q1来自手动控制开度的进水阀门，通过调节出水阀门调节出水量Q2，使水箱水位保持设定水位不变。

这个系统是个典型单冲量自动调节系统，在该系统中：系统中各组成单元的模型如下：水箱对象模型：G(s)=液位传感器：量程0~40cm执行阀：对应0~100%开度系统的方框图如图所示：4 PID控制器的MATLAB仿真PID控制器的参数Kp、Ti、Td分别对系统性能产生不同的影响。

在控制过程中如何把Kp、Ti、Td 3参数调节到最佳状态，需要深入了解PID控制中3参数对系统动态性能的影响。

下面讨论水箱水位调节系统中当一个参量发生变化，对应曲线的实时变化。

双容水箱PID液位控制系统的仿真概述本文档介绍了双容水箱PID液位控制系统的仿真。

双容水箱PID液位控制系统是一种常见的工控系统，它能够自动控制水箱液位，保持水箱水位稳定。

通过仿真，可以帮助了解这种控制系统的原理、工作流程以及控制效果的评估。

功能•自动控制水箱液位，维持液位稳定•实时监测水箱液位•能够进行PID控制，控制精度高环境•软件平台：MATLAB/Simulink•环境要求：–MATLAB2018a及以上版本–Simulink库中带有相关的工控控制、信号处理和仿真工具箱设计步骤1.建立模型双容水箱PID液位控制系统的基本模型包括水箱、液位传感器、执行器和控制器。

我们需要在Simulink中建立这个模型。

模型中主要包含以下子系统：•水箱：在模型中建立一个水箱模块，用于模拟水箱的液位变化。

•液位传感器：创建一个液位传感器模块，通过采集水箱液位数据，将数据通过信号传输到系统的控制器。

•执行器：建立一个执行器模块，用于控制液位泵的启动和关闭。

•PID控制器：创建一个PID控制器模块，用于根据传感器采集的数据，计算出液位偏差，并根据偏差调节液位泵的运行状态。

2.建立信号连接连接各个模块之间的信号可以让模型正常运行，实现自动控制水箱液位的目的。

在模型中，应确保信号连接正确、完整，否则控制效果将大为降低。

3.设置参数在建立信号连接后，需要对各个模块的参数进行设置，确保模型的控制效果满足要求。

例如，PID控制器的比例、积分、微分系数等参数需要调整到合适的值，才能更好的实现水箱液位的控制。

4.进行仿真设置好模型参数后，可以进行仿真。

仿真可以模拟系统的实际运行情况，帮助了解控制器的控制效果，评估系统的性能。

在本文档中，我们介绍了双容水箱PID液位控制系统的仿真。

通过建立模型、建立信号连接、设置参数和进行仿真等步骤，可以更好地了解这种控制系统的原理，并对其控制效果进行评估。

本文档旨在提供帮助，方便工程师和研究者深入了解水箱液位控制系统的设计、实现及其相关技术。

水箱液位PID调节控制系统及实物仿真调试【摘要】在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题，例如居民生活用水的供应，饮料、食品加工，溶液过滤，化工生产等多种行业的生产加工过程，通常需要使用蓄液池，蓄液池中的液位需要维持合适的高度，既不能太满溢出造成浪费，也不能过少而无法满足需求。

因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。

PID控制（比例、积分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。

【关键词】水箱液位；PID控制；液位控制；Matlab仿真一．引言在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题，例如居民生活用水的供应，饮料、食品加工，溶液过滤，化工生产等多种行业的生产加工过程，通常需要使用蓄液池，蓄液池中的液位需要维持合适的高度，既不能太满溢出造成浪费，也不能过少而无法满足需求。

因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。

本论文利用PID算法在matlab中进行仿真并讲解实物搭接效果，具体如下：1、利用指导书中推导的模型和实际的参数，建立水箱液位控制系统的数学模型，并进行线性化；2、构成水箱液位闭环无静差系统，并测其动态性能指标和提出改善系统动态性能的方法，使得系统动态性能指标满足σ%≤10%0.5秒，静态误差小于2%；3、通过在matlab编程中求取合适的反馈变量K,然后与仿真模型结合构成最优控制的水箱液位系统，通过图形分析是否满足系统的性能参数；4、加入P、PI、PD、PID环节分别进行调试；5、选取合适的极点并通过图形分析是否满足系统的性能参数；6、比较加入各种不同PID 环节下的优缺点；7、实物搭接；8、比较在不加扰动和加扰动情况下以及在各种不同环节作用下系统性能。

二．水箱液位控制系统的设计及实物调试该题目包括MATLAB 软件仿真和硬件实物调试部分，软件仿真的目的是对 系统先进行建模，然后设计控制器使其满足任务书上的性能指标要求，并调整控制器参数，分析控制器各参数对系统稳定性的影响。

基于fuzzy-pid控制器的双容水箱液位控制系统仿真设计说明书第一章前言1.1 设计背景双容水箱为工业过程控制中常见的液位控制对象,它通过调节调节阀的开度,使上下水箱的输入、输出水流量相等,以便液位保持不变。

在水箱系统中,上、下位水箱的水量变化存在延时,而外界的干扰又会导致增益、延时的变化。

针对液位控制过程中存在大滞后、时变、非线性的特点,为适应复杂系统的控制要求,人们研制了种类繁多的先进的智能控制器,模糊PID控制器便是其中之一,模糊PID控制结合了PID控制算法和模糊控制方法的优点,可以在线实现PID参数的调整,使控制系统的响应速度快,过渡过程时间大大缩短,超调量减少,振荡次数少,具有较强的鲁棒性和稳定性,在模糊控制中扮演着十分重要的角色1.2 设计意义PID控制是生产过程中最普遍使用的控制方法,在冶金、机械、化工等行业获得广泛应用。

随着工业生产和现代化科学技术的迅速发展,各个领域对自动控制系统控制性能的要求越来越高。

实际的工业生产过程中往往具有非线性、时变性等不确定的干扰,常规PID控制器经常出现参数整定不良、控制性能欠佳且适应性较差等缺点。

模糊控制可以把人类语言表述的控制策略,通过模糊集合和模糊逻辑推理转化成数字或数字函数,再用计算机去实现既定的控制。

常规的模糊控制缺少积分环节,加之模糊控制器特有的量化过程,模糊控制是存在静态误差的,而通过给模糊控制器并联积分器成功地消除了静态误差。

智能控制与常规PID控制相结合,形成了智能PID控制,这种新型控制器已引起人们的普遍关注和极大兴趣,并已得到较为广泛的应用。

模糊PID控制可以根据系统的运行状态在线整定PID 控制器参数,使系统的运行性能有很大的提升。

本设计建立了串联双容水箱液位控制系统的数学模型,应用Matlab 软件对PID 算法、模糊PID 算法进行了仿真。

第二章 被控对象的分析与建模该系统控制的是有纯延迟环节的二阶双容水箱,示意图如下图2.1：其中12A A的阻力,称为液阻或流阻,1有： 拉式变换得：对水箱2：拉式变换得：其中211R A T =,K 为双容对其中0τ为延迟时间常数。

基于模糊控制的水箱液位控制系统设计在工业中，水平液位控制是控制系统中的重要部分，它能够有效地保持水箱液位在特定的水平。

一个高效的液位控制系统可以帮助我们高效地实现水箱液位的控制从而避免浪费水资源，从而节约成本。

随着技术的进步，模糊控制已经开始成为一个重要的技术，它可以有效地支持水箱液位控制系统的构建与管理。

首先，本研究保留了传统水箱液位控制系统的基本结构，并使用模糊控制理论来优化控制系统从而实现精确的控制效果。

首先，在生成模糊规则的过程中，将采用梯度下降法和变量化规则抽象的相结合的方法来确定模糊控制参数，以最大化水箱液位控制效果。

接下来，在模糊控制的实现过程中，会使用PID算法，以及模糊规则生成器，让检测出来的反馈信号与模糊规则生成器控制信号进行比较，并结合反馈回路系数，以调整水箱液位控制系统的运行状态。

此外，在实现水箱液位控制系统的控制部分中，将采用两个独立的控制器对水箱的液位进行控制，其中一个主控制器采用传统的PID控制算法，并配合模糊控制算法进行控制；另一个子控制器则采用线性状态反馈算法，由两个控制器一起实现更好的全局水箱液位控制。

在本研究中，还提出了一种基于数字滤波及模糊控制的结合策略，以便更好地抑制系统噪声并实现更准确的水箱液位控制。

该策略中，首先会采用数字滤波技术来减少系统的噪声，然后再采用模糊控制算法来解决系统控制的实际问题。

最后，本研究中建立了一个模型仿真实验，主要用于检验在水箱液位控制方面的实际效果。

仿真实验包括模型的建立，模糊控制参数的确定，液位控制策略的调整，以及液位控制策略的比较等。

仿真结果表明，采用本研究中建立的模糊控制策略，可以有效地调节水箱液位，达到良好的控制效果，表明该模糊控制策略有效可靠。

综上所述，本文针对传统水箱液位控制系统的局限性，提出了一种基于模糊控制的水箱液位控制系统的设计方案，通过梯度下降法和变量化规则抽象的相结合的方法来确定模糊控制参数，以最大化液位控制的效果，并采用PID算法和模糊规则生成器来实现更加精确的水箱液位控制，经过仿真实验和结果分析，证明了该控制系统的有效性和可靠性。

双容水箱液位PID控制算法的仿真研究摘要由于单回路控制系统已不能克服液位控制中的一些问题，如：大时延、非线性、容量滞后等。

因此本设计针对这些问题设计串级控制，对单回路控制系统无法控制的问题进行解决，同时比较单回路控制系统和串级控制系统的不同之处。

本次毕业设计的课题是多容水箱的PID液位控制系统的仿真。

在设计中，主要针对双容水箱进行了研究和仿真。

本文的主要内容包括：对水箱的特性确定与实验曲线分析，通过实验法建立了液位控制系统的水箱数学模型，设计出了串级控制系统，针对所选液位控制系统选择合适的PID算法。

用MATLAB/Simulink建立液位串级控制系统，调节器采用PID控制系统。

通过仿真比较了单回路液位控制系统和串级控制系统控制的不同之处，以及参数的整定及各个参数的控制性能的比较，对所得到的仿真曲线进行分析，总结了参数变化对系统性能的影响。

关键词：MATLAB；PID控制；串级控制；液位系统仿真More let water tank PID level control systemsimulationAbstractBecause single loop control system has not overcome some of the liquid level control issues, such as: big time delay, non-linear process, capacity lag and so on. So this design is proposed to solve these problems, the cascade control for single loop control system can't control problems were solved, meanwhile compared single loop control system and cascade control system differences.The graduation design topic is based on the MATLAB PID level control system simulation. In the design, I mainly responsible is double let water tank simulation. The main content of this article include: software MATLAB, the introduction and application of the simulation of use in Simulink problems that should be paid attention to. Grasp the basic ideas of PID control to be familiar with PID algorithm, PID parameters setting method. Water tank with the experimental curves to determine the characteristics, through the test method analysis level control system was established mathematical model, the water tank designed cascade control system for the selected level control; choose the appropriate control system PID algorithm. MATLAB/Simulink establishes level cascade control system, the regulator using fuzzy PID control system. Through the comparative simulation single loop level control system and a cascade control system control differences, and parameter setting and various parameters control performance comparison, application gets PID control algorithm is analyzed for simulation curve, summarizes the parameters on the system performance impact.Keywords: MATLAB；PID control; Cascade control; Level system simulation目录1 绪论 (1)1.1问题的提出及研究意义 (1)1.1.1 水箱控制系统研究的意义 (1)1.2PID控制算法的研究现状 (2)1.3PID控制的应用与发展 (2)1.4本次设计的主要工作 (3)2 MATLAB仿真概述 (4)2.1过程控制系统的MATLAB计算与仿真 (4)2.1.1 控制系统计算机仿真 (4)2.2控制系统的MATLAB计算与仿真 (4)3 PID控制简介及其整定方法 (7)3.1PID控制简介 (7)3.1.1 PID控制原理 (7)3.2PID控制算法 (8)3.2.1 位置型算法 (9)3.2.2 增量型算法 (9)3.3PID调节的各个环节及其调节过程 (10)3.3.1 比例控制与其调节过程 (10)3.3.2 比例积分调节 (11)3.3.3 比例积分微分调节 (12)3.4串级控制 (12)3.5串级控制系统的设计 (14)3.5.1 主回路的设计 (14)3.5.2 副回路的设计 (14)3.5.3 主、副回路的匹配 (15)3.6串级控制系统的工业应用 (16)3.6.1 用于克服被控过程较大的容量滞后 (16)3.7PID控制的特点 (16)3.8PID参数整定方法 (16)3.8.1 传统整定方法 (17)4 双容液位控制系统的建模 (19)4.1过程建模的方法 (19)4.1.1 机理法 (19)4.1.2 测试法 (19)4.1.3 阶跃响应法 (20)4.2分析多容过程的数学建模 (21)4.2.1 一阶单容上水箱特性 (21)4.2.2 二阶双容下水箱对象特性 (23)5 双容液位控制系统的仿真 (25)5.1被控对象的仿真模型 (25)5.2单回路控制系统的仿真 (25)5.3串级控制系统的仿真 (30)5.3.1 当副环采用PID调节时 (32)结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)1 绪论1. 1 问题的提出及研究意义大多数情况下，单回路控制系统能够满足工艺生产的基本要求。

水箱液位控制及MATLAB仿真实现报告ﻬ目录水箱液位控制及MATLAB仿真实现报告................ 错误!未定义书签。

目录.......................................................................... 错误!未定义书签。

摘要.......................................................................... 错误!未定义书签。

水箱液位控制系统原理ﻩ错误!未定义书签。

水箱液位控制系统的数学模型ﻩ错误!未定义书签。

(一）确定过程的输入变量和输出变量ﻩ错误!未定义书签。

(二)水箱液位控制系统的算法: .............. 错误!未定义书签。

（三）水箱液位控制系统的MATLAB／siｍuｌiｎk的仿真：错误!未定义书签。

(四）结果分析：ﻩ错误!未定义书签。

总结ﻩ错误!未定义书签。

摘要在人们生活和工业生产等诸多领域中经常涉及到液位和流量的控制系统问题，因此液面高度是工业控制过程中的一个重要参数,特别是在动态的过程下，采用合适的方法对液位进行检测、控制,能收到很好的效果。

ＰＩＤ控制是目前采用最多的控制方法。

本文介绍了双容水箱中控制液位的控制技术以及使用matｌab 仿真软件去进行液位仿真,通过PID控制实现液位的自动控制,用ｍａtlab软件建立数学模型,再写出液位控制的PID算法进行数据模拟,最后实现水箱液位通过计算机技术自动控制。

通过matlab软件仿真实现了液位的实时测量和监控。

系统通过maｔlａｂ仿真对实验所得的参数和仿真数据与曲线进行分析，总结参数变化对系统性能的作用。

关键字：PID控制液位控制matlab仿真算法水箱液位控制系统原理控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、侧量传送装置、控制装置和执行装置:水箱液位控制系统的数学模型（一）确定过程的输入变量和输出变量流入水箱的流量Q1是输入变量,流出水箱的流量L2取决于液位Ｌ和水箱出水阀门的开度,Ｑ2为输出变量，被控对象是水箱，故系统控制模型图如下:（二）ﻬ水箱液位控制系统的算法:Ｑ１：水箱流入量Q 2：水箱流出量A:水箱截面积u ：进水阀开度ｆ：出水阀开度h ：水箱液位高度h0：水箱初始液位高度K1：阀体流量比例系数假设f 不变，系统初始态为稳态,H ０＝2m,K 1=１０，Ａ=１０m 2。

水箱液位控制系统分析报告摘要：本文 对给定的水箱液位控制系统进行分析，画出结构框图，描述每一个元件的函数，并写出每个元件的传递函数。

用Matlab/Simulink 对系统进行仿真，并分析结果。

关键词：液位控制系统，建模，传递函数正文：水箱液位控制系统如图1所示。

该体统的任务是使液面高度保持在一个设定的值上。

水箱是被控对象，水箱液位是被控量，电位器设定的电压u （表示液位的希望值y ）是给定量，出水量为干扰量。

系统的工作说明：当电位器电刷位于中间位置时（对应给定电压u ）时，即水位处在希望的高度，同时出水量等于进水量，此时电动机不动，系统处在平衡状态。

若流水量或出水量发生变化，当液面升高时浮子位置也相应升高，通过杠杆作用使电位器电刷从中间位置下移，产生电位差，通过放大器放大，给电动机一个控制电压，驱动电动机通过减速器减小进水阀门开度，使进入水箱的液体流量减少。

这时，液面下降，浮子位置相应下降，直到电位器电刷回到中间位置，系统重新恢复平衡。

反之，液位下降，系统会增大进水阀门开度，加大进水量使液位升高到希望高度。

图 1图2现在将图2 中每个环节用s 域的传递函数表示，画出系统动态结构图，如图3 所示。

电动机 进水口阀门 水箱 浮子连杆—设定水位出水 —图3系统动态结构图中各环节传递函数的解释：K 1是设定电位与反馈信号比较后输出的误差信号经放大器后增益的倍数。

G 1是电动机的传递函数()121+=Ts s K G ， 该公式是参考了由蒋大明编写的《自动控制原理》p90中的例题。

它是输入电压与电机转速的或电机轴转角的传递函数。

K 3是进水阀门的传递系数，电机转动实现了阀门的开度调节，进而控制录的入水量，电动机转速与入水量可以简化为一个K 3 。

G 2是入水量与水箱液位的传递函数12+=RCs RG ，如果水箱没有出水口，则CsG 12= 在建立G 2这个传递函数时，是将水箱整个模型等效为一个RC 网络电路。