(完整版)基于模糊控制的多容水箱的智能水位控制毕业设计
基于PLC水箱液位控制系统毕业设计
基于PLC水箱液位控制系统毕业设计水箱液位控制系统是一种常见的自动化控制系统，通过控制水位的高低来实现水箱中水的供应与排放。
该系统常用于水处理、供水系统、工业生产等领域。
本篇毕业设计将基于可编程逻辑控制器（PLC）来设计一个水箱液位控制系统。
PLC作为控制器，能够实现对水位的监测、控制和保护。
首先，本设计将使用传感器来监测水箱的液位。
液位传感器将放置在水箱内部，在不同的液位位置测量水的高度。
传感器将通过模拟信号将液位信息传输给PLC。
PLC将读取并处理传感器的信号，得到水箱的液位信息。
其次，PLC将根据液位信息来控制水泵的运行。
当水箱的液位低于一定的阈值时，PLC将启动水泵，从水源处将水注入到水箱中。
当液位达到一定的高度时，PLC将关闭水泵，停止水的注入。
通过控制水泵的启动和停止，系统可以实现自动补水，从而保持水箱的水位在一个恰当的范围内。
此外，本系统还将具备一定的保护功能。
当水箱液位过高或过低时，PLC将触发报警装置，以便及时采取措施解决问题。
同时，系统将设置相应的安全控制，以防止水泵出现过载或短路等故障。
为了实现PLC控制系统的功能，本设计将使用PLC编程软件进行程序的编写和调试。
程序将根据液位传感器的输入信号，进行逻辑判断和控制指令的输出。
同时，本设计将与水泵、报警装置等硬件进行连接，以实现实际的控制功能。
最后，本设计将进行系统的仿真和调试。
通过模拟真实的液位变化情况，测试系统的控制性能和稳定性。
在确保系统正常运行的前提下，对系统进行各项性能指标的测试和评估。
通过该毕业设计的实施，我将能够掌握PLC水箱液位控制系统的原理和设计方法，提升自己在自动化控制领域的实践能力和工程应用能力。
同时，通过该设计的完成，也能为工业生产中的水箱液位控制问题提供一种可行的解决方案。
(完整版)PLC水箱液位控制系统毕业设计
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摘要本次毕业设计的课题是基于PLC的液位控制系统的设计。
在设计中，笔者主要负责的是数学模型的建立和控制算法的设计，因此在论文中设计用到的PID算法提到得较多，PLC方面的知识较少。
本文的主要内容包括：PLC的产生和定义、过程控制的发展、水箱的特性确定与实验曲线分析， FX2系列可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和讲解PLC的过控制指令PID指令来控制水箱水位。
关键词：FX2系列PLC，控制对象特性，PID控制算法，扩充临界比例法，PID指令，实验。
The liquid level control system based on PLCABSTRACTThe subject of graduation design is based on PLC, liquid level control system design. In the design, the author is mainly responsible for the mathematical model and control algorithm design, so the design used in the paper referred to was more PID algorithm, PLC in less knowledge.Main contents of this article: PLC creation and definition, process control, development, and water tanks and experiment to determine the characteristics curve analysis, FX2 series PLC , the application PID control algorithm obtained experimental curve analysis, the entire system, introduce and explain the various parts of the PLC process control commands to control the tank level PID instruction.Keywords：FX2 series PLC, the control object characteristics, PID control algorithm, to expand the critical proportion method, PID instruction, experimental.目录中文摘要.......................................................................................................................................英文摘要.......................................................................................................................................1 绪论 ............................................................................................................................................1.1 PLC的产生、定义及现状 .................................................................................................1.1.1PLC的产生、定义....................................................................................................1.1.2PLC的发展现状........................................................................................................1.2过程控制的发展 ..................................................................................................................1.3本文研究的目的、主要内容 ..............................................................................................1.3.1本文研究的目的、意义 ...........................................................................................1.3.2本文研究的主要内容 ...............................................................................................2 FX2系列PLC和控制对象介绍 ................................................................................2.1 三菱PLC控制系统 ...........................................................................................................2.1.1 CPU模块 ..................................................................................................................2.1.2 IO模块......................................................................................................................2.1.3电源模块 ...................................................................................................................2.2 过程建模 .............................................................................................................................2.2.1 一阶单容上水箱对象特性 ......................................................................................2.2.2 二阶双容下水箱对象特性 ......................................................................................3 PID调节及串级控制系统..........................................................................................3.1 PID调节的各个环节及其调节过程...................................................................................3.1.1比例控制及其调节过程 ...........................................................................................3.1.2比例积分调节 ...........................................................................................................3.1.3比例积分微分调节 ...................................................................................................3.2 串级控制 .............................................................................................................................3.2.1串级控制系统的结构 ...............................................................................................3.2.2串级控制系统的特点 ...............................................................................................3.2.3串级控制系统的设计 ...............................................................................................3.3 扩充临界比例度法 .............................................................................................................3.4 三菱FX2系列PLC中PID指令的使用 .........................................................................3.5在PLC中的PID控制的编程............................................................................................3.5.1回路的输入输出变量的转换和标准化....................................................................3.6变量的范围 ..........................................................................................................................4 控制方案设计.......................................................................................................................4.1 系统设计 .............................................................................................................................4.1.1上水箱液位的自动调节 ...........................................................................................4.1.2上水箱下水箱液位串级控制系统............................................................................4.2 硬件设计 .............................................................................................................................4.2.1检测单元 ...................................................................................................................4.2.3控制单元 ...................................................................................................................4.3软件设计 ..............................................................................................................................5 运行 ............................................................................................................................................5.1 上水箱液位比例调节 .........................................................................................................5.2 上水箱液位比例积分调节 .................................................................................................5.3 上水箱液位比例积分微分调节 .........................................................................................致谢 ............................................................................................................................................参考文献.......................................................................................................................................论文原创性声明1 绪论1.1 PLC的产生、定义及现状1.1.1PLC的产生、定义一、可编程控制器的产生20世纪60年代，在世界技术改造的冲击下，要求寻找一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型工业控制器。
水箱自动控制系统设计毕业论文
水箱自动控制系统设计毕业论文本科毕业设计（论文）水箱自动控制系统设计专业：机械设计制造及其自动化摘要工业中很多控制问题都可以归结于水箱控制问题，研究水箱控制系统具有很好的科研和实用价值。
温度、液位、压力、流量是水箱控制中最常用的控制量，可以应用于很多控制方案中。
比如：在水塔供水系统、高位水箱供水系统、汽车水箱供水系统、液压泵供油系统等系统中都有广泛的应用。
本文以80C51单片机系统为核心，开发设计了一套水箱温度、液位、压力、流量的自动控制系统。
该系统可以实现设定参数的键盘输入；温度、液位、压力、流量的自动控制；日历时间的显示；自动声光报警。
整个系统搭建方便，价格便宜，具有一定的实用价值。
控制系统设计流程为：①报警参数键盘输入和显示；②模拟量信号采集；③A/D转换和数字滤波；④对A/D转换数据进行LCD显示；⑤温度、液位、压力、流量的控制；⑥时间和日历显示。
相关功能采用具有实时性的汇编语言实现。
本论文详细论述了怎样实现水箱温度、液位、压力、流量的自动控制，第一章简要的介绍了水箱温度、液位、压力、流量自动控制系统的应用，以及单片机控制系统概述。
第二章介绍了控制系统的总体功能设计分析以及方案设计。
第三章介绍了系统的主要硬件配置和传感器选择。
第四章详细的介绍了系统的软件设计。
第五章介绍了系统的调试以及运行结果。
最后则对本次设计进行了全面的回顾以及对水箱温度、液位、压力、流量自动控制系统的不足提出改进方案。
关键字：水箱80C51 自动控制AbstractIn industrial area, many control problems can be attributed to water tank control model, so the research of water tank controlsystem has scientific and practical value. Temperature, water level, pressure and flow rat are the most commonly used parameters in the water tank control, and can be applied to many control systems. For example: in the water tower supply systems, high water tank supply system, car water tank supply system, hydraulic pump oil supply system and other supply system. It is widely used.In this paper, a temperature, water level, pressure, and flow rat automatic control system of water tank was designed based on 80C51 SCM system. This system has functions as follow: alarm parameters keyboard input; temperature, water level, pressure, flow rat automatic control; time and calendar display; sound and light automatic alarm. The whole system is structures convenient, inexpensive and has certain practical value. The control system design process is：①alarm parameters keyboard input and display; ②analog signal acquisition; ③A/D conversion and digita l filtering;④the A/D conversion data LCD display; ⑤temperature, water level, pressure, flow rat control; ⑥time and calendar display. The related function of this system can be achieved by using real-time compilation language.Temperature, water level, pres sure, flow rate’s automatic control of water tank was discussed in detail on how to achieve in this paper. In chapter 1, temperature, water level, pressure, flow rate automatic control system’s practice of water tank, and SCM control s ystem’s overview was briefly introduced. In chapter 2, control system’s overall function analysis design and scheme design was introduced. In chapter 3, systems’s main hardware configuration and sensor choice was introduced. In chapter 4, system software design was introduced in detail. In chapter 5, system debugging and the results were introduced. A comprehensive review of this design was made and a improvescheme of industrial water tank temperature, water level, pressure, flow rat automatic control system’s weakness was proposed in the end of this paper.Key words:water tank 80C51 automatic control目录第1章绪论 (1)1.1水箱温度液位压力流量控制系统综述 (1)1.2单片机控制系统综述 (2)1.2.1 单片机的简要发展历史 (2)1.2.2 当前世界范围内单片机的发展领域 (3)1.2.3 单片机的发展趋势 (3)1.2.4 单片机的应用 (4)第2章系统总体设计 (6)2.1总体功能设计分析 (6)2.2系统硬件模块 (7)2.3系统软件模块 (8)第三章系统主要硬件配置 (9)3.1控制系统主要硬件介绍 (9)3.1.1单片机控制模块 (9)3.1.2 ADC0809模块 (11)3.1.3 8155并行I/O口扩展模块 (12)3.1.4 DS12887时钟模块 (16)3.1.5 12232A液晶模块 (20)3.2传感器的选择 (24)3.2.1温度传感器选择 (26)3.2.2 液位传感器选择 (27)3.2.3 压力传感器选择 (29)3.2.4 流量传感器选择 (30)第四章控制系统软件设计 (33)4.1整体软件设计 (33)4.2报警参数输入部分 (34)4.3A/D转换和数字滤波 (40)4.3.1 模拟量数据采集 (40)4.3.2 数字滤波处理 (41)4.3.3 模拟信号的输出变换 (41)4.3.4 A/D转换和数字滤波 (43)4.4LCD液晶显示 (47)4.5控制部分设计 (52)4.5.1 温度控制部分设计 (52)4.5.2 液位控制部分设计 (54)4.5.3 压力控制部分设计 (57)4.5.4 流量控制部分设计 (57)4.6时钟日历显示 (58)第五章系统调试 (62)结论 (67)致谢 (68)参考文献 (69)附录1 毕业实习报告 (70)第1章绪论1.1水箱温度液位压力流量控制系统综述水箱控制是工业控制中广泛应用的控制方案，工业中很多控制问题都可以归结于水箱控制问题，因此研究水箱控制系统具有很好的科研和实用价值。
模糊控制水箱液位调节
实验二：模糊控制水箱液位调节一实验目的1．掌握模糊控制的原理2．加强模糊控制在实践中的应用二实验器材装有Matlab软件PC电脑一台三实验原理模糊控制的基本原理：它的核心部分为模糊控制器，模糊控制器的控制规律由有计算机程序实现。
详见P32(模糊控制原理)。
四原代码clear allclose allq1=0; %定义第一个水箱的入水量q2=0; %定义第一个水箱的出水量q3=0; %定义第二个水箱的出水量q4=0; %定义第三个水箱的出水量b=1.4; %定义第一个水箱入水量的控制系数a1=8.6; %定义第一个水箱出水量的控制系数a2=8.6; %定义第一个水箱出水量的控制系数h1=100; %定义第一个水箱中水的初始高度h2=100; %定义第二个水箱中水的初始高度h3=100; %定义第三个水箱中水的初始高度v=119; %定义sin函数的系数s=190; %定义水箱底面积k=10; %定义开关控制量e=0; %定义误差e_1=0;ec=0;H=130; %定义第三个水箱的期望高度e=H-h1;a=newfis('fuzz'); %误差函数a=addvar(a,'input','e',[-25,25]);a=addmf(a,'input',1,'NB','zmf',[-25,-10]);a=addmf(a,'input',1,'PS','trimf',[-25,-10,0]);a=addmf(a,'input',1,'Z','trimf',[-10,0,10]);a=addmf(a,'input',1,'PS','trimf',[0,10,25]);a=addmf(a,'input',1,'PB','smf',[10,25]);a=addvar(a,'output','u',[0,100]); %控制量输出函数a=addmf(a,'output',1,'NB','zmf',[0,30]);a=addmf(a,'output',1,'NS','trimf',[0,30,50]);a=addmf(a,'output',1,'Z','trimf',[30,50,70]);a=addmf(a,'output',1,'PS','trimf',[50,70,100]);a=addmf(a,'output',1,'PB','smf',[70,100]);rulelist=[1 1 1 1;2 2 1 1;3 3 1 1;4 4 1 1;5 5 1 1];a = addrule(a, rulelist);for i=1:1:8000tt(i)=i; %时间轴q1=b*k; %第一个水箱的进水量q2=a1*sqrt(h1); %第一个水箱的出水量h1=h1+(q1-q2)/s; %第一个水箱中水的高度q3=a2*sqrt(h2); %第二个水箱的进水量h2=h2+(q2-q3)/4; %第二个水箱中水的高度q4=v*abs(sin(2.3*pi*i+0.35)); %第二个谁想的出水量h3=h3+(q3-q4)/s; %第三个水箱中的高度hh(i)=h3;k=evalfis(e,a);e=H-h3;endplot(tt,hh)五、插图。
毕业设计水箱液位控制系统的设计
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3 系统控制要求及指标
3.1 水箱液位控制系统的指标
液位 L=30cm(可任意设置) 稳态误差 ess（余差）≤±5mm 过度时间 ts≤4 分钟 衰减比 n＞4:1 当系统从一个稳态过度到新的稳态，或系统受扰动作用又重新平衡后，系统可能会出 现偏差，这种偏差称为稳态误差。稳态误差记作 ess（Steady-State Errors） 在规定条件下激励时，在继电器的组成和形式相同的触点中、动作最快的触点的最小 动作时间与动作最慢的触点的最大动作时间之差叫过渡时间。 衰减比 n 是衡量过度过程稳定性的动态指标，它是指过度过程曲线第一个波峰值与同 相位第二个波峰值之比。
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（8）执行器是动力部件，它根据控制器送来的控制信号大小改变调节阀的开度，对 控制对象施加控制作用，使被控参数保持在给定值。
1.2 水箱液位控制系统结构原理
水箱尺寸：长×宽×高=25×20×40 cm 3 液位控制系统由被控水箱 1、蓄水箱 2 液位检测仪表差压变送器 LT、控制器 LC、执行器（调节阀）等组成。如图(1-2)所示。
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3.3 自动控制系统的基本控制方式
3.3.1 开环控制方式
开环控制方式是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有方向联系的控制过 程，按照这种防止组成的系统称为开环控制系统，其特点是系统的输出量不会对系统的控 制作用发生影响。 开环控制系统可以按给定量控制方式组成， 也可以按扰动控制方式组成。 如工业1 过程控制系统的定义与应用
过程控制系统以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围 内的自动控制系统。这里“过程”是指生产装备或设备中进行的物质和能量的相互作用和 转换过程。表征过程的主要参量有温度、压力、流量、也为、成分、浓度等。通过对过程 参量的控制，可使生产过程中产品的参量增加、质量提高和能耗减少。一般的过程控制系 统通常采用反馈控制的形式，这是过程控制的主要方式。 过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。20 世纪 50 年代，过程控 制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变，从而保证产量和质量稳定。60 年代，随着 各种组合仪表和巡回检测装置的出现，过程控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。70 年代，出现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的多级计算机控制系统。80 年代， 过程控制系统开始与过程信息系统相结合，具有更多的功能。
水位控制器毕业设计
水位控制器毕业设计水位控制器毕业设计毕业设计是大学生在校期间的一项重要任务，它既是对所学知识的综合运用，也是对学生能力的全面考核。
在我的专业领域中，我选择了设计一个水位控制器作为我的毕业设计项目。
水位控制器是一种能够自动监测和调节水位的装置，广泛应用于水处理、工业生产和生活用水等领域。
首先，我将介绍水位控制器的原理和工作方式。
水位控制器主要由传感器、控制器和执行器三部分组成。
传感器用于感知水位的变化，常见的传感器有浮球传感器和电容传感器。
控制器是水位控制器的核心部件，它接收传感器的信号并根据设定的水位值来控制执行器的动作。
执行器可以是电磁阀、水泵或者排水泵等，用于控制水的进出。
接下来，我将详细讲解水位控制器的设计和实现过程。
首先，我需要选择合适的传感器。
浮球传感器是一种常见且简单的传感器，它通过浮球的上升和下降来感知水位的变化。
然而，浮球传感器的使用受到水质和浮球材料的限制，因此我决定采用电容传感器。
电容传感器利用水的介电常数与水位之间的关系来测量水位，具有较高的精度和稳定性。
在控制器的设计中，我将采用微控制器作为控制核心。
微控制器具有较强的计算和控制能力，可以实现水位的精确控制。
我将使用C语言编程，编写相应的控制算法和逻辑。
同时，为了提高系统的可靠性和稳定性，我将设计合适的电路保护和故障检测机制。
在实际的应用中，水位控制器需要考虑多种情况和需求。
例如，对于水处理系统，水位控制器需要能够自动调节水的进出，保持水位在设定范围内。
对于工业生产中的液位控制，水位控制器需要能够实时监测液位，并根据需求控制液体的注入或排出。
对于生活用水，水位控制器可以用于自动控制水箱的进水和排水，提供便利和节约资源。
最后，我将进行实验验证和性能评估。
通过搭建实验平台，我将测试水位控制器在不同水位变化和负载条件下的性能。
同时，我还将对水位控制器的精度、稳定性和可靠性进行评估，并与市场上的其他产品进行比较。
综上所述，水位控制器毕业设计是一个涉及多个领域的综合性项目。
【论文】基于模糊PID的双容水箱液位控制研究
摘 要双容水箱液位控制系统具有过程控制中动态过程的一般特点:大惯性、大时延、非线性，难以对其进行精确控制，从而使其成为过程控制教学、试验和研究的理想实验平台。
因此，双容水箱液位控制系统在耦合非线性系统的监控和故障诊断算法的研究中得到了广泛的关注。
本文以双容水箱液位控制系统为对象，运用模糊PID算法，对双容水箱液位控制系统进行仿真研究。
本课题首先分析了双容水箱液位控制系统工艺流程，在实验的基础上推导双容水箱的数学模型并在Simulink上进行仿真。
由于双容水箱是一个典型的非线性时变多变量耦合系统，用常规的控制手段很难实现理想的控制效果。
因此，引入模糊控制技术，将模糊控制与传统的PID控制结合，设计出模糊PID控制器，并进行Simulink仿真。
仿真结果表明，模糊PID控制器的控制效果比常规PID 控制器的控制效果理想。
关键词:双容水箱，模糊PID，simulink仿真AbstractTwo-capacity water tank level control system is in the process control dynamic process of the general characteristics: large inertia, the time delay, non-linear, not their precise control, thereby making it a teaching process control, testing and research of the ideal experimental plat form . Therefore, the dual-capacity water tank level control system in the coupled non-linear system monitoring and fault diagnosis method in the study received widespread attention. Based on dual-capacity water tank level control system for the object, use fuzzy PID algorithm, the dual-capacity water tank level control system simulation.The first issue of a dual-capacity water tank level control system and its mathematical modeling process. In experiments on the basis of dual-capacity water tanks derived a mathematical model and simulation in Simulink on. Because of the capacity of water tanks is a typical multi-variable nonlinear time-varying coupling system, using conventional means of control difficult to achieve the desired effect of control. Therefore, the introduction of fuzzy control technology, fuzzy control with the traditional combination of PID control, designed fuzzy PID controller, and Simulink simulation.Key words：Two-capacity water tanks, fuzzy PID, simulink Simulation目录第一章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.1.1选题背景 (1)1.1.2 研究意义 (2)1.2本文的主要研究内容 (3)第二章双容水箱液位系统组成及数学建模 (4)2.1双容水箱液位控制系统的组成 (4)2.2双容水箱液位控制系统的数学建模 (5)第三章常规PID控制原理 (6)3.1PID控制算法 (6)3.2模拟PID调节器 (6)3.3数字PID控制算法 (7)3.3.1 位置型PID控制算法 (8)3.3.2 增量型PID控制算法 (9)3.3.3 PID控制器的特点 (10)第四章模糊控制理论 (12)4.1模糊控制综述 (12)4.2模糊控制的基本理论 (13)4.2.1模糊控制的基本算法 (13)4.2.2 模糊控制器的基本理论 (16)4.3模糊控制与PID算法的结合 (21)第五章双容水箱液位控制系统的仿真研究 (24)5.1MATLAB简介 (24)5.1.1 模糊逻辑工具箱 (24)5.2.2 SIMULINK工具箱 (24)5.2.3 MATLAB在模糊控制仿真中的应用 (24)5.2双容水箱液位控制的仿真 (25)5.3模糊PID双容水箱液位控制的仿真 (28)5.3.1 模糊控制器的simulink仿真 (28)5.3.2双容水箱液位控制的模糊PID仿真 (38)5.4对比与结论 (39)第六章总结与展望 (40)6.1研究工作总结 (40)6.2展望 (40)参考文献 (42)致谢 (43)附录 (44)第一章 绪论1.1研究背景及意义1.1.1选题背景在现代工业控制领域，伴随着计算机技术的突飞猛进，出现了智能控制的新趋势，即以机器模拟人类思维模式，采用推理、演绎和归纳等手段，进行生产控制，这就是人工智能。
双容水箱液位控制系统毕业设计
本科生毕业论文（设计）双容水箱液位控制系统院－系：工学院专业：电气工程及其自动化年级：学生姓名：学号：导师及职称：Department:Major:Electrical engineering and automation Grade:Student’s Name:Student No:Tutor:\毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名：日期：毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。
有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。
学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。
保密的论文（设计）在解密后适用本规定。
作者签名：指导教师签名：日期：日期：毕业论文（设计）答辩委员会(答辩小组)成员名单【摘要】随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展，对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。
在这种情况下，简单的单回路控制已经难以满足一些复杂的控制要求。
串级控制系统是过程控制中的一种多回路控制系统，是为了提高单回路控制系统的控制效果而提出来的一种控制方案。
串级控制系统把两个单回路控制系统以一定的结构形式串联在一起，它不仅具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。
串级控制系统采用了两个调节器，因此它的调节器的参数整定更复杂一些。
本论文论述了一个液位——流量串级控制系统的设计方法和步骤，介绍了它的参数整定方法。
在此过程中，介绍了对液位和流量进行检测和转换的常用元件，应用阶跃响应曲线推导了广义对象的传递函数，简单地论述了串级控制系统的优点，讨论了它对控制效果的改善作用，并使用仿真软件对该系统进行了仿真，最后用组态软件编制程序来实现控制。
智能水位控制系统毕业设计
智能水位控制系统毕业设计一、水位智能检测系统设计原理实验证明，纯净水几乎是不导电的，但自然界存在的以及人们日常使用的水都会含有一定的Mg2+、Ca2+等离子，它们的存在使水导电。
本控制装置就是利用水的导电性完成的。
如图1所示，虚线表示允许水位变化的上下限。
在正常情况下，应保持水位在虚线范围之内。
为此，在水塔的不同高度安装了3根金属棒，以感知水位变化情况。
图1 水位检测原理图其中B棒处于下限水位，C棒处于上限水位，A棒接+5V电源，B棒、C棒各通过一个电阻与地相连。
水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动以达到对水位控制之目的。
供水时，水位上升。
当达到上限时，由于水的导电作用，B、C棒连通+5V。
因此，b、c两端均为1状态，这时应停止电机和水泵工作，不再给水塔供水。
当水位降到下限时，B、C棒都不能与A棒导电，因此，b、c两端均为0状态。
这时应启动电机，带动水泵工作，给水塔供水。
当水位处于上下限之间时，B棒与A棒导通，b端为1状态。
C端为0状态。
这时，无论是电机已在带动水泵给水塔加水，水位在不断上升；或者是电机没有工作，用水使水位在不断下降。
都应继续维持原有的工作状态。
二、基于单片机控制的水塔水位控制系统1 单片机控制电路水塔水位控制的电路如图2所示。
2 前向通道设计图2 水塔水位控制电路由于所采用的信号是频率随水位变化而变的脉冲信号（开关量），因此电路设计中省去了A/D 转换部分，这不仅降低了硬件电路的成本，而且由于采用数字脉冲信号通信，提高了系统的抗干扰能力、稳定性和精度。
输入的可变脉冲信号送到8031的P10和P11脚电平，当接收到信号时，输入脉冲使其输出高电平，而无信号输入时，无触发脉冲，此时翻转为低电平。
程序控制8031周期性地对P11和P10脚电平进行采样，达到控制的目的。
3.微机控制数据处理部分在电路设计中，充分利用8031已有端口的作用，同时也考虑扩展，做到尽可能节省元件，不仅可降低成本，而且提高可靠性。
毕业论文-双容水箱液位控制系统设计
温州职业技术学院毕业综合实践课题名称：双容水箱液位控制系统设计作者：学号：系别:电气电子工程系专业:电气自动化指导老师：专业技术职务2016 年 3 月浙江温州- 2 -目次1 绪论......................................................... - 4 -1.1 课题的提出.............................................. - 4 -1.2 国内外研究现状.......................................... - 5 -1.2。
1 国外研究现状..................................... - 5 -1。
2。
2 国内研究现状................................... - 6 - 1。
3 过程控制的发展过程..................................... - 7 -1.3。
1 过程控制的发展................................... - 7 -1.3.2 过程控制策略与算法的进展........................ - 8 -1。
3。
3 传统过程控制存在的问题.......................... - 9 -1.4 PID控制的发展现状及意义................................ - 9 -2 水箱的数学建模............................................... - 10 -2.1 数学模型的介绍......................................... - 10 -2。
2 数学模型的建立........................................ - 11 - 2。
基于模糊控制的水箱液位控制系统设计
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。
智能水位控制系统设计(毕业设计说明书)
四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)设计(论文)题目:智能水位控制系统设计专业: 电子信息工程技术班级: 纳思达08-1 班学号: 0819040姓名: 黎辑蓉指导教师: 胡德清二0一0年八月一日四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书学生姓名黎辑蓉学号0819040班级纳思达08-1专业电子信息工程技术设计（或论文）题目智能水位控制系统设计指导教师姓名职称工作单位及所从事专业联系方式备注胡德清讲师四川信息职业技术学院电子工程系13881209945设计（论文）内容：1.主要内容和技术指标（1）电路以单片机为核心、集成电路驱动电机、LED显示而构成；（2）外接电源供电，具有自带时钟电路、复位电路、工作状态切换电路等；（3）电路系统具自动控制水位等功能。
2.任务与要求（1）选择各单元电路结构并阐述工作原理，给出整机电路原理图；（2）准确计算或估算电路参数，正确选择电路元件，给出元件明细表，仿真测试；（3）撰写设计说明书，要求准确阐述电路选择依据，反映计算方法、元件选择等设计过程，字数不少于6000字。
进度安排：进度安排内容及要求备注7.1-7.7 了解毕业设计相关要求，搜集资料，拟定方案7.8-7.20 选择各单元电路结构并阐述工作原理，确定系统电路原理图，计算电路参数，选择电路元件，仿真测试或做样品。
7.21 中期检查7.22-8.10 绘制电路原理图、元件明细表，撰写设计说明书等8.11 毕业设计答辩主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)：[1] 苏平．《单片机原理与接口技术》．电子工业出版社．2003年5月；[2] 林伸茂．《8051单片机彻底研究实习篇》．人民邮电出版社．2005年8月；[3] 韩志军．《单片机应用系统设计》．机械工业出版社．2005年1月；[4] 陈坤、张义中等．《电子设计技术》．电子科技大学出版社．1997年5月；[5] 郑应光．《模拟电子线路（一）》.东南大学出版社. 2005年3月；[6] 李秀忠．《单片机应用技术》．人民邮电出版社．2007年1月；[7] 肖洪兵．《跟我学单片机》．北京航空航天大学出版社．2002年3月；审批意见教研室负责人：年月日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。
双容水箱液位控制系统毕业设计
双容水箱液位控制系统毕业设计双容水箱液位控制系统是一种用于控制水箱液位的智能化系统，通过传感器、控制器和执行器等组件，实现对水箱液位的自动监测与控制。
本文将介绍关于双容水箱液位控制系统的毕业设计，包括设计目标、系统结构、工作原理和关键技术等方面的内容。
首先，设计目标是实现对双容水箱液位的智能化控制，以提高水箱的利用率和节约水资源。
具体目标包括：准确监测水箱液位，实时调节进水与排水流量，保持水箱液位在合理范围内。
其次，双容水箱液位控制系统的结构主要包括传感器模块、控制模块和执行器模块。
传感器模块用于监测水箱液位，可以采用压力传感器、浮球传感器或超声波传感器等；控制模块负责收集传感器数据，进行算法分析和决策，控制执行器模块的动作；执行器模块包括水泵和电磁阀等组件，通过控制水泵的运行和电磁阀的开关，调节进水与排水的流量，从而控制水箱液位。
系统的工作原理是首先通过传感器获取水箱液位信息，并传输给控制模块进行处理。
控制模块根据设定的液位范围和液位变化规律，判断当前液位状态，决定执行器的动作。
如果液位过高，则控制模块发送信号给执行器模块，开启电磁阀进行排水；如果液位过低，则控制模块发送信号给执行器模块，启动水泵进行进水。
通过不断的反馈和调整，控制系统可以使液位保持在合理范围内。
关键技术包括传感器选择与布置、控制算法设计和执行器参数调节等。
传感器的选择和布置需要考虑液位变化范围和液位测量的准确性；控制算法的设计需要根据实际情况制定，包括液位判断标准和动作决策规则；执行器参数调节需要根据实际需求和系统响应特性进行调整和优化。
综上所述，双容水箱液位控制系统的毕业设计旨在实现对水箱液位的智能化监测与控制。
通过设计合理的系统结构、优化的工作原理和关键技术的应用，可以实现对水箱液位的准确监测和精确控制，提高水资源的利用效率。
双容水箱液位监控系统设计毕业设计论文
设计题目
双容水箱液位监控系统
课程名称
工控系统监控程序设计
姓名
学号
班级
自动化
设计日期
双容水箱液位监控系统组态设计
摘 要
本课程设计运用工业监控系统组态软件（MCGS），结合一个自动控制系统，完成该控制系统的上位机监控系统组态设计。使学生掌握监控软件的设计和编程方法，得到计算机监控系统程序设计与调试，以及编写设计技术文件的初步训练。为从事计算机控制方面的工作打下一定基础。本课程设计要求运用工业监控系统组态软件（MCGS），结合一个双容水箱液位监控系统，完成该控制系统的上位机监控系统组态设计。主界面中有二个储藏罐，它们在本设计中只是作为容器。在主界面中还有二个调节阀和一个水泵，二个调节阀门分别是控制两水罐液位和用户用水，水泵控制水罐1液位。当我们启动系统后进入主界面我们首先在手动状态下按动启动按钮，然后水罐1和水罐2中的水位能根据“水泵”和“出水阀”的开闭状况自动合理变化，待系统稳定后，手动调节出水阀，系统再次自动合理变化。期间画面也能显示出水罐1和水罐2液位变化的数值，并且管道也能模拟液体的流动。并且在主界面中也能直接观察实时曲线，查看系统的稳定情况。当我们要观察历史数据、历史曲线和报警信息时，只需点击窗口左上方对应窗口即可。若要退出系统，只需点击窗口右下方的退出就会退出运行系统。
关键词：双容水箱；液位； 水罐； 报警
Double let water tank liquid level monitoring system configuration design
Abstract
This course design using industrial monitoring and control system configuration software (MCGS), combining with an automatic control system, complete the PC monitoring system configuration of the control system design. Enable students to master the design of monitoring software and programming method of computer monitoring and control system programming and debugging, technical documents and write design of initial training. To work in the computer control to lay a certain foundation. This course design requires use of industrial monitoring system configuration software (MCGS), combined with a double let water tank liquid level monitoring system, complete the PC monitoring system configuration of the control system design. The main screen has two tanks, they just as a container in this design. In the main interface as well as two regulating valve and a water pump, two regulating valves are respectively two water tank liquid level and user control, water pump control water tank liquid level 1. When we start the system last in capturing the interface we first in manual state, press the start button, and then water tank 1 and the water level in tank 2 can according to the "water pump" and "water" reasonable change of automatic open and close condition of the stay system stabilized, manually adjust the water valve, reasonable system again automatically change. During the screen can show the water tank 1 and 2 level changes of numerical POTS, and can simulate the flow of the liquid pipe. And in the main interface can be directly observed in real time curve, check the system stability. When we watch the historical data, historical curve and alarm information, just click the upper left window corresponding to the window. If you want to exit the system, simply click onthe window to therightexit will exit the operation system.
【精品】水箱水位模糊控制系统建模仿真_毕业论文
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)钦州学院系统仿真课程设计设计题目水箱水位模糊控制系统建模仿真水箱水位模糊控制系统仿真建模摘要水位控制系统在各个领域上都有广泛应用，虽然其结构简单但由于控制过程具有多变量，大滞后，时变性等特点，且在控制过程中系统会受到各种不确定因素的影响，难于建立精确的数学模型。
虽然自适应、自校正控制理论可以对缺乏数学模型的被控对象进行识别，但这种递推法复杂，实时性差。
近年来模糊控制在许多控制应用中都取得了成功，模糊控制应用于控制系统设计不需要知道被控对象精确的数学模型，对于许多无法建立精确数学模型的复杂系统能获得较好的控制效果，同时又能简化系统的设计，因此，在水箱水位自动控制系统中，模糊控制就成为较好的选择。
本文主要论述了应用模糊控制理论控制水箱水位系统，首先详尽的介绍了模糊控制理论的相关知识，在此基础上提出了用模糊理论实现对水箱水位进行控制的方案，建立了简单的基于水箱水位的模糊控制器数学模型。
本试验系统还充分利用了MATLAB的模糊逻辑工具箱和SIMULINK相结合的功能，首先在模糊逻辑工具箱中建立模糊推理系统FIS作为参数传递给模糊控制仿真模块，然后结合图形化的仿真和建模工具，再通过计算机仿真模拟出实际系统运行情况。
通过试验模拟，证明了其可行性。
目录摘要Abstract1 绪论 (5)1.1 水箱水位系统概述 (5)1.2模糊控制理论简介 (5)1.2.1模糊控制理论的产生、发展及现状 (6)1.2.2 模糊控制理论运用于水箱水位系统控制的意义 (6)1.3仿真建模工具软件MATLABSIMULINK简介 (6)1.4本文的主要任务及内容安排 (8)2 模糊理论及模糊控制基础 (8)2.1模糊理论基础 (8)2.1.1从经典集合到模糊集合的转变 (9)2.1.2 模糊集合的基本概念 (10)2.1.3 模糊集合的基本运算 (12)2.2.1模糊控制的回顾和展望 (15)2.2.2 模糊控制系统的结构 (15)2.3 本章小结 (20)3 水箱水位模糊控制器的建立 (20)3.1输入输出语言变量语言值的选取及其赋值表 (21)3.2 控制规则描述 (24)3.3 水位控制模糊关系矩阵 (24)3.4 模糊推理 (24)3.4.1 输入量模糊化 (24)3.4.2 模糊推理 (24)3.5 模糊判决 (25)3.6 水位模糊控制查询表 (25)4 利用MATLAB对水箱水位系统进行仿真建模 (26)4.1 水箱水位模糊推理系统（FIS）的建立 (26)4.2 对SIMULINK模型控制系统的构建 (34)4.3 进行Simulink模型仿真 (37)4.4 本章小结 (37)结论 (40)参考文献 (40)水箱水位模糊控制系统仿真建模1 绪论1.1 水箱水位系统概述在能源、化工等多个领域中普遍存在着各类液位控制系统液。
(完整word版)水箱液位控制系统设计
内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：水箱液位控制系统设计学生姓名：吴云鹏学号：200867112231专业：测控技术与仪器班级：测控08-2班指导教师：李刚助教水箱液位控制系统设计摘要液位是工业工程中的常见变量，在各种过程控制中的应用越来越广泛。
例如在食品加工、溶液过滤、化工生产等多种行业的生产加工过程中，通常需要使用蓄液池，而蓄液池中的液位需要维持一定的高度，既不能太满溢出造成危险，也不能过少而无法满足生产需求。
因此液位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，采用合适的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。
本文以实验室自制的双容水箱作为液位控制研究对象，通过上位机、研华的PCI-1710L板卡、电动调节阀、压力液位变送器组成的控制系统和压力液位变送器、变频器、水泵组成的控制系统分别实现了单容水箱的远程控制和就地控制，并在文章最后理论性的阐述了双容水箱的控制方法。
设计中以组态软件--组态王为开发工具，开发了系统的监视与控制界面，并且自己编程实现PID控制程序，使系统具备了对现场过程数据的动态监视功能、历史数据的归档功能、异常信号的报警功能以及现场操作的指导功能。
关键词：水箱液位；PID控制；组态王；变频器；The design of the tank level control systemAbstractThe liquid level is one of the common variables in Industrial Engineering, the process control is more and more widely used. For example, in the production process of food processing, filtering solution, chemical production and other industries, liquid storage tank is usually used, and making the liquid level of liquid storage tank at a certain height is very important, neither too overflow to risk nor too short not to meet the production demand. Therefore, the height of liquid level in the industrial control process is one of the important parameters, especially in the dynamic condition. If adopt the appropriate method for the control of the liquid level detection, we can get good effect.The research object is based on the self-made double tank level control system, through the host computer, the Advantech PCI-1710L card, the electric control valve, the pressure liquid level transmitter, the frequency converter and the water pump we get two different kinds of the cascade control system for the single water tank of the liquid level control, respectively realized the effect of the remote control and local control. And at last, this article expounds the theory of double water tank control method.Choose the design of configuration software – King view for development tools, we have had the development of the system to monitor and control interface, and also have programmed PID control procedures that made the system has a field processdata, dynamic monitoring historical data archiving function, abnormal signal of the alarm function and the guidance function of the on-site operation.Keywords: Tank level; PID control; King view;Frequency converter;目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1选题背景及意义 (1)1.2 液位控制系统的发展现状 (2)1.3 本文的主要工作 (3)第二章控制对象及算法简介 (5)2.1被控制变量的选择 (5)2.2 执行器的选择 (5)2.3 压力液位变送器的选择 (6)2.4 研华板卡PCI-1710L简介 (7)2.4.1模拟量输入连接 (9)2.5 PID控制算法概述 (10)2.5.1 PID控制器的应用与发展 (10)2.5.2 PID算法类型[1] (11)2.5.3 PID两种控制方式 (12)第三章基于组态王的单容水箱液位控制系统 (15)3.1组态王简介[8] (15)3.1.1组态王软件的组成 (15)3.1.2 制作工程的一般步骤 (16)3.1.3 组态王与外部设备通信 (17)3.2控制方案选取 (17)3.3 上位机组态软件的开发 (18)3.3.1监控画面 (18)3.3.2构造数据库 (20)3.3.3数据通信 (22)3.3.4 命令语言的编写 (24)3.3.5 实时曲线 (25)3.3.6 历史报警查询[11] (25)3.3.7 历史曲线 (27)3.4 参数整定 (29)第四章基于变频器的单容液位控制系统 (31)4.1 变频调速基础 (31)4.2 三菱通用变频器FR-D700简要介绍 (33)4.2.1 FR-D700简介 (33)4.2.2 三菱变频器FR-D740-1.5K-CHT常规介绍 (34)4.2.3控制电路接线端极端子功能介绍 (34)4.2.4 操作面板及其功能介绍 (36)4.3 变频器的作用 (37)4.4 控制系统调试 (38)4.4.1 操作步骤 (39)4.4.2 参数整定 (40)第五章双容水箱液位控制系统 (42)。
基于模糊PID的双容水箱液位控制系统的设计
李亚 李高 (江苏鑫源烟草薄片有限公司,江苏淮安 223002)
摘要:本文将介绍模糊PID在双容水箱液位控制系统中的应用。首先建立双容水箱的数学模型,将传统的PID控制方法与模糊PID控制
方法做对比;最后采用MATLAB/Simulink进行仿真研究。仿真结果表明采用模糊PID控制比传统的PID控制精度高,鲁棒性强,动态性能好
第37卷 第07期 2019年 7月
数字技术与应用 Digital Technology &Application
Vol.37 No.7 20J1u9ly年第200179 期
数控技术
DOI:10.19695/12-1369.2019.07.06
基于模糊 PID 的双容水箱液位控制系统的设原理图
收稿日期:2019-05-16 作者简介:李亚(1990—),男,江苏连云港人,本科,助理工程师,研究方向:自动化。
图 3 混合模糊 PID控制结构
11
第 37 卷
数字技术与应用
图4 有延时加干扰的仿真效果图 当参数取K=20,Ti=1,Td=350时,得到的仿真效果图如图4所示。
等优点,实验结果表明,该控制方法对双容水箱类控制系统是有效的。
关键词: 双容水箱；P ID 控制；模糊控制；Si mul in k仿真
中图分类号:TP213
文献标识码:A
文章编号:1007-9416(2019)07-0011-02
1 双容水箱的数学模型建立
1.1 双容水箱的总体结构分析 双容水箱的总体的结构图如图1所示,水箱的主体部分由两个圆 柱形水箱组成,各个水箱分别设有出水阀门和进水阀门,并分别与水 泵1和水泵2相连。在试验过程中,水槽中的水被水泵1和水泵2抽出后 经过比例阀门1和比例阀门2进入圆柱形水箱,然后分别通过各自的出 水阀门1和2流回到水槽中,两个圆柱形水箱的进水流量和出水流量分 别由各自的阀门进行调节。我们还在两个圆柱形水箱间设立了一个连 通阀门,通过调节该阀门的开度大小可以改变两个水箱间的水流量。 1.2 水箱数学模型推导
基于模糊控制的多容水箱的智能水位控制
郑州航空工业管理学院毕业论文（设计） 2013 届电气工程及其自动化专业班级题目基于模糊控制的多容水箱的智能水位控制姓名学号指导教师职称二О一三年五月二十四日目录第一章绪论 (2)1.1 课题研究背景 (2)1.2 国内外研究现状 (3)1.3 研究意义及目的 (5)第二章液位控制系统 (6)2.1 系统总体结构 (6)2.2 系统特点 (6)2.3 系统数学模型 (7)第三章 PID控制算法 (12)3.1 基础知识 (12)3.2 PID控制的作用 (14)3.3 PID在本系统的应用 (16)第四章模糊控制算法 (17)4.1 理论的发展 (17)4.2 模糊控制系统与模糊控制器简介 (18)4.2.1 模糊控制系统 (18)4.2.2 模糊控制器 (19)4.3 模糊控制的局限 (21)第五章模糊PID控制 (23)5.1 模糊PID介绍 (23)5.2 模糊PID控制器设计 (24)5.2.1 模糊PID控制器结构 (24)5.2.2 参数自整定 (25)5.2.3 模糊控制规则 (26)第六章控制系统仿真 (29)6.1 软件简介 (29)6.1.1 MATLAB (29)6.1.2 SIMULINK仿真环境 (29)6.2 模糊控制器设计和仿真过程 (30)6.3 仿真结果简要分析 (33)结束语 (33)参考文献 (34)第一章绪论1.1 课题研究背景工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的连续过程自动控制，它是自动化技术的一个重要的组成部分，涉及石油、化工、冶金、电力、轻工、纺织、医药、建材、食品等工业部门。
连续过程工业的发展对于我国国民经济意义重大。
如今工业自动化越来越普及，如何确保在提高经济效益和社会效益的基础上，既达到预期的经济技术指标，又能改善劳动条件、保护生态环境，这将是过程控制技术所面临的巨大挑战。
在工业生产不断快速发展的浪潮推动下，自动化控制水平也相应的得到了大幅度的提高。
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郑州航空工业管理学院毕业论文（设计）2013 届电气工程及其自动化专业班级题目基于模糊控制的多容水箱的智能水位控制姓名学号指导教师职称二О一三年五月二十四日目录第一章绪论 (3)1.1 课题研究背景 (4)1.2 国内外研究现状 (6)1.3 研究意义及目的 (10)第二章液位控制系统 (11)2.1 系统总体结构 (11)2.2 系统特点 (12)2.3 系统数学模型 (13)第三章 PID控制算法 (19)3.1 基础知识 (20)3.2 PID控制的作用 (24)3.3 PID在本系统的应用 (26)第四章模糊控制算法 (27)4.1 理论的发展 (27)4.2 模糊控制系统与模糊控制器简介 (30)4.2.1 模糊控制系统 (30)4.2.2 模糊控制器 (32)4.3 模糊控制的局限 (35)第五章模糊PID控制 (37)5.1 模糊PID介绍 (37)5.2 模糊PID控制器设计 (40)5.2.1 模糊PID控制器结构 (40)5.2.2 参数自整定 (41)5.2.3 模糊控制规则 (42)第六章控制系统仿真 (46)6.1 软件简介 (46)6.1.1 MATLAB (46)6.1.2 SIMULINK仿真环境 (47)6.2 模糊控制器设计和仿真过程 (47)6.3 仿真结果简要分析 (49)结束语 (49)参考文献 (51)第一章绪论1.1 课题研究背景工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的连续过程自动控制，它是自动化技术的一个重要的组成部分，涉及石油、化工、冶金、电力、轻工、纺织、医药、建材、食品等工业部门。
连续过程工业的发展对于我国国民经济意义重大。
如今工业自动化越来越普及，如何确保在提高经济效益和社会效益的基础上，既达到预期的经济技术指标，又能改善劳动条件、保护生态环境，这将是过程控制技术所面临的巨大挑战。
在工业生产不断快速发展的浪潮推动下，自动化控制水平也相应的得到了大幅度的提高。
然而由于被控对象的复杂程度越来越高，自然而然许多传统的控制算法将不能满足复杂控制系统要求，因此能否提出既先进又可行的控制算法对于工业过程生产具有极大的推动作用。
但是受到各种因素的影响，目前控制技术和学术研究成果很难与实际的工业生产应用技术相同步，有的甚至相差几十年。
不仅如此，往往越高深越先进的控制理论，对它的研究却仅局限于极少数的科研院所，脱离了工业生产这个应用基地。
这样一来导致很多的理论算法一旦用于现场就会遇到各种各样的实际问题。
当然，造成这种结果的原因是多方面的，可以明确的是，理论的研究脱离了实际背景的支持是制约其得以广泛应用的首要因素。
因此，能否找到一种具有典型对象特性的实验装置至关重要。
三容水箱液位控制系统作为一种物理模拟对象，模拟了工业现场多种复杂的控制系统。
该实验装置融合了多种技术为一体，比如自动化仪表、通讯以及自动控制等。
它还包含了多种被控参数，如液位、流量、压力、温度等。
借助该装置不仅可以实现简单的参数辨识、单回路控制、串级控制、比值控制，还可以实现复杂的滞后控制、解耦控制等。
通过三容水箱对象的参数调试和引入部分干扰等形式的设计，可以构造出具有大滞后和参数可变等不同状态下的被控对象模型；并且可以在不同的反应时段任意加入不同类型的干扰来进行不同算法的控制特性研究。
概括起来，三容水箱是一种典型的非线性、时延性对象，它具有很强的代表性，工业上许多被控对象的整体或局部都可以抽象成三容水箱的数学模型，因此在三容水箱数学模型建立的基础之上深入研究智能控制算法，并进行模拟仿真验证有着重要的意义。
水箱液位控制是液位控制中的一个主要问题, 它主要有以下几个特点：(1)时滞性；(2)时变性；(3)非线性。
这几个特点都严重影响PID控制的效果。
常规PID控制由于采用固定的参数，难以保证系统适应控制系统的参数变化和工作条件变化，液位始终有较大波动，得不到理想效果。
模糊控制是建立在人工经验基础之上，无需知道控制对象的精确数学模型，是解决不确定性系统控制的一种有效途径,它采用语言变量来描述系统特征，并依据系统的动态信息和模糊控制规则进行推理以获得合适的控制量，具有对参数变化不敏感和鲁棒性强等特点，但单纯的模糊控制也存在精度不高、易产生极限振荡等问题。
如果将模糊控制和PID控制两者结合起来，就能更好地适应控制系统的参数变化和工作条件的变化。
采用参数自整定模糊PID控制系统对环境的适应能力强，在随机的环境中可以在线调整PID控制的参数，在被控对象存在扰动情况下控制系统仍然保持良好的性能。
1.2 国内外研究现状1）控制对象方面。
目前国外很多大学和实验室广泛应用的三容水箱系统是德国Amira自动化公司研制的，但不足之处是该系统价格昂贵，受经济条件限制国内只有清华、浙大等少数几所高校引进了此设备。
国内也有部分厂家研制生产三容水箱液位控制系统，像GWT系列水箱液位控制三容水箱对象系统实验装置等等。
GWT实验装置是由固高科技有限公司协同香港城市大学联合研制开发而成，经过香港城市大学三年的实践检验，充分的证实了其潜在的教学、实验和研究价值。
用户通过此装置既可以进行经典PID控制器设计和调试，又可以通过模糊逻辑控制器的设计和调试进行智能控制教学实验与研究。
另一套实验装置是由浙江天煌科技实业有限公司研制的，目前常用的型号主要有THJ-2,THJ-3和THJ-4；THJ-x系列液位控制装置即可以作为本科、专科、高职过程控制课程的实验装置，也可以为研究生及科研人员对复杂控制系统、先进控制系统的研究提供物理模拟对象和实验手段。
但是，受经济条件、环境的因素的影响，真正能运用这些控制对象的仅仅是很小的一部分；这样以来使得国内基于三容水箱液位控制系统算法的研究和仿真在很大程度上受到了限制。
2）控制算法方面。
对于简单的单容、双容液位控制系统，通常选用常规的控制算法如单回路PID控制、串级PID控制、前馈控制、SMITH预估补偿控制、大林算法、解耦控制等等。
但是由于像SMITH预估补偿控制、大林算法以及解耦控制等方法对控制系统的数学模型依赖性较强，导致常规的控制方法很难在非线性大滞后的系统中取得较好的控制效果。
因此针对三容水箱这种典型的非线性、大惯性以及延时性的控制系统，传统的控制算法已不能胜任，预测控制算法和智能控制理论等复杂的控制算法成为主要研究的控制策略。
预测控制主要代表为动态矩阵控制、模型算法控制和广义预测控制，预测控制算法涉及的参数较多，如预测长度、控制时域长度、加权阵等，关于算法中的主要参数与闭环系统的稳定性、动静态特性和鲁棒性之间的定量解析表达式还难以得到，尤其是多变量系统的鲁棒性的分析和综合方面的研究还不够成熟。
智能控制是针对被控系统及其控制环境和任务不确定性而提出的，智能控制过程是含有复杂性、不确定性、模糊性且一般不存在已知算法的非传统数学公式化的过程，因此智能控制系统应当对环境和任务的变化具有快速应变能力，应能完成各种复杂多变的任务。
目前，对智能控制的研究要集中在专家控制技术、模糊控制技术、神经网络控制技术、遗传算法等方面。
模糊控制技术是建立在模糊集合论基础上的一种基于语言规则与模糊推理的控制理论，该技术依赖于行为规则库，其规则用自然语言表达，更接近于人的思维方法和推理习惯，便于现场操作人员的理解和使用。
神经网络技术不像专家系统那样需要事先建立知识库，知识的获取只需足够的训练样本，能够模拟现实系统复杂的输入输出关系，具有很强的非线性建模能力，由于它具有适应能力和学习能力，因此很适合用作智能控制的研究工具。
神经网络控制和模糊控制分别单独在三容水箱液位系统中的应用较多，控制效果也比较明显。
目前，控制算法的研究主要是在这些原有控制算法的基础上提出改进和完善。
受众多因素的影响，虽然给三容水箱控制算法的研究造成一些不利，但是并没有阻碍国内学者对其深入的探讨和研究。
华中科技大学的侯燕在三容水箱液位控制系统的研究这篇学位论文中以三容水箱液位控制系统为被控对象，研究了模糊控制算法，并通过仿真验证了其可靠性。
不仅如此，还将三容水箱建模以及控制方法推广到现实的教学实验中，并取得了很好的效果。
大连理工大学朱晶针对模糊控制算法比例因子和量化因子选择困难的特点，提出了采用蚁群算法对其优化，仿真结果表明了其有效性，使得模糊控制的运用得到了大幅度的提升。
基于此构造了模糊PID控制器，并运用到三容水箱液位控制系统中，取得了良好的效果。
合肥工业大学卢娟提出了将神经网络控制理论与PID相结合的算法，充分利用神经网络的自学习、精度高的优点，提高了三容水箱液位控制的鲁棒性。
1.3 研究意义及目的从工程应用角度讲，三容水箱实验系统具有很强的代表性和工业背景，通过各阀门的开关可组成不同阶次的系统对象及简单和复杂的控制回路，模拟故障的随机发生等，这些实验对象的存在为系统辨识、控制理论及故障诊断等的研究提供了典型的被控对象，尤其是为智能控制理论的研究提供较好的验证平台，它的设计研制可及时解决无法为理论研究提供实际背景支持的难题。
因而，本课题所研究的三容水箱实验系统是将理论成果快速转换为实际应用技术的重要途径，将理论研究应用于实际生产中，提高生产效率和产品质量等，为工业生产的发展起到巨大的推动作用，具有重要的理论意义和工程应用价值。
从教学角度讲，三容水箱实验系统的开发为工程控制理论的学习研究提供了良好的实验前提条件，开发经济实用并能真实复现工业过程的实验系统能够帮助学生将所学知识应用到实践中，对所学知识得到感性和理性认识，在此基础上可自主进行创新设计；同时，开发基于虚拟仪器技术的三容水箱实验系统，是对实验室资源的合理应用和共享的重要举措，它提供了一个系统而开放的教学、科研平台，对控制理论的实验教学具有重要的意义。
第二章液位控制系统2.1 系统总体结构三容水箱实验系统的控制结构如图2.1所示，其组成的各个部分简单介绍如下：图2.1 三容水箱实验系统的控制结构图(1)控制器，由计算机软件实现，主要实现各种控制算法，如增量式PID控制算法、模糊PID控制算法等；(2)执行机构，包括水泵、比例电磁流量阀及其控制器、溢流阀等。
比例电磁阀负责向实验台的玻璃容器注水，通过控制比例阀的输入电压可改变其出口流量，进而达到控制容器内液位高度的目的；溢流阀起到保证整个系统压力恒定作用。
(3)被控对象为三容水箱，被控量为三个圆柱型玻璃容器内的液位高度hl、h2、h3。
(4)测量元件，为三个应变式压力传感器，用来测量各容器内的液位高度值。
(5)A／D、D／A接口，通过数据采集卡的A／D转换功能将把传感器采集的模拟电压信号转换成计算机可识别的数字信号，同时通过此数据采集卡的D／A转换功能，将设定的数字电压信号转换成相应的模拟电压信号传送给比例电磁阀，从而调节进水流量，执行各种控制算法。