模糊PID控制在单容水箱中的应用
实验五、单容水箱液位PID控制实验(DCS)
实验五、单容水箱液位PID控制实验(DCS)一、实验目的1）、熟悉单容水箱液位反馈PID控制系统硬件配置和工作原理。
2）、熟悉用P、PI和PID控制规律时的过渡过程曲线。
3）、定性分析不同PID控制器参数对单容系统控制性能的影响。
二、实验设备CS4000型过程控制实验装置，DCS系统、 PC机，监控软件。
三、实验原理一阶单容水箱PID控制方框图图为单回路上水箱液位控制系统。
单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。
本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。
根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用EPA系统控制。
当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。
合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。
反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。
一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。
一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。
比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。
比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。
但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。
对于我们的实验系统，在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如下图中的曲线①、②、③所示。
P、PI和PID 调节的阶跃响应曲线四、实验步骤(1)关闭出水阀,将CS4000 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
单容水箱液位pid控制实验报告
单容水箱液位pid控制实验报告实验报告：单容水箱液位PID控制实验实验目的：本实验旨在通过PID控制器对单容水箱的液位进行控制，验证PID控制算法在液位控制中的应用效果，并了解PID控制器参数调节的方法和影响因素。
实验装置和仪器：1. 单容水箱：用于存放水并模拟液位变化。
2. 液位传感器：用于实时监测水箱的液位。
3. 控制器：采用PID控制器，用于调节水箱液位。
4. 电源和信号线：提供电力和信号传输。
实验步骤：1. 将水箱与液位传感器连接，并确保传感器能够准确测量液位。
2. 将PID控制器与液位传感器连接，建立控制回路。
3. 设置PID控制器的参数，包括比例系数（P）、积分时间（I）和微分时间（D）。
4. 将控制器调至手动模式，并将控制器输出设定值调整为合适的初始值。
5. 开始实验，记录初始液位和控制器输出设定值。
6. 观察液位的变化，并记录实时液位值。
7. 根据液位变化情况，调整PID控制器的参数，使液位尽可能接近设定值。
8. 结束实验，记录最终液位和控制器参数。
实验结果：通过实验，我们得到了如下的结果和观察：1. PID控制器的参数调节对液位控制有重要影响，不同的参数组合会导致液位的不同响应和稳定性。
2. 比例系数P的增大可以增加控制器对液位误差的敏感程度，但过大的P值可能引起震荡或超调。
3. 积分时间I的增大可以减小稳态误差，但过大的I值可能导致震荡或系统不稳定。
4. 微分时间D的增大可以提高系统的动态响应速度，但过大的D值可能引起噪声干扰或导致系统不稳定。
5. 通过逐步调整PID控制器的参数，我们可以实现较好的液位控制效果，使液位尽可能接近设定值并保持稳定。
结论：本实验通过PID控制器对单容水箱的液位进行控制，验证了PID控制算法在液位控制中的应用效果。
通过逐步调整PID控制器的参数，我们可以实现较好的液位控制效果，并使液位保持稳定。
实验结果表明，PID控制器的参数调节对液位控制有重要影响，需要根据实际情况进行调整和优化。
单容量水箱液位pid控制实验报告
单容量水箱液位pid控制实验报告一、实验目的本实验旨在通过单容量水箱液位pid控制实验，掌握PID控制器的基本原理及其在工程中的应用，熟悉液位传感器的使用方法，了解单容量水箱液位pid控制系统的组成和工作原理。
二、实验原理1. PID控制器PID控制器是一种用于工业过程自动化控制的常见算法。
PID是Proportional-Integral-Derivative（比例-积分-微分）三个英文单词的缩写。
PID算法通过对过程变量进行采样和比较，计算出误差，并根据误差大小进行调整。
其中比例项P、积分项I和微分项D分别代表了对过程变量偏差大小、偏差持续时间以及偏差变化率的反馈调整。
2. 液位传感器液位传感器是一种用于测量液体或固体物料高度或深度的设备。
常见的液位传感器有浮球式、压力式、电容式等多种类型。
本实验中采用电容式液位传感器进行测量。
3. 单容量水箱液位pid控制系统单容量水箱液位pid控制系统由水箱、液位传感器、PID控制器和执行机构（如电磁阀）组成。
系统的工作原理是：液位传感器采集水箱内的液位信号，将其转换为电信号并传输给PID控制器；PID控制器通过比较设定值和实际值之间的误差，输出相应的控制信号给执行机构，使其调节水箱内的水流量，从而维持水箱液位稳定在设定值。
三、实验步骤1. 搭建实验装置将单容量水箱与电磁阀、电容式液位传感器等连接起来，组成完整的单容量水箱液位pid控制系统。
2. 设置PID参数根据实际情况，设置合适的PID参数。
其中比例系数Kp、积分系数Ki 和微分系数Kd需要进行适当调整以达到最佳效果。
3. 进行实验测试将设定值设置为一定值，并记录下当前的反馈值。
根据反馈值计算出误差，并通过PID控制器输出相应的调节信号给执行机构。
随着时间的推移，观察液位是否能够稳定在设定值附近。
4. 调整PID参数如果发现液位不能够稳定地保持在设定值附近，需要对PID参数进行适当调整。
可以通过增大或减小比例系数、积分系数和微分系数来调整系统的响应速度和稳定性。
单容水箱液位pid控制系统实验报告
单容水箱液位pid控制系统实验报告本次实验以单容水箱液位PID控制系统为研究对象，通过实验来探究PID控制系统在单容水箱液位控制中的应用。
实验采用的硬件设备包括一台多功能数据采集仪、一个电动水泵、一个水箱、一个液位传感器以及一台电脑。
液位传感器负责实时监测水箱的液位高度，然后将液位信号传输给多功能数据采集仪，再通过电脑处理分析数据。
电动水泵负责将水加入到水箱中，实现液位的上升。
在实验中我们需要采用PID控制算法对液位进行控制。
PID控制器是由比例控制器（P）、积分控制器（I）和微分控制器（D）三个部分组成的一种常见的控制算法。
比例控制器根据当前偏差值来进行控制，积分控制器主要解决由于比例控制器的积累误差，使系统达到静态稳态的需求，微分控制器则是对系统输出信号的变化率进行调整，在系统响应速度方面起到了重要的作用。
PID控制器综合了三种控制器的优点，因此在工业自控领域中得到了广泛的应用。
在实验的开始，我们首先需要计算PID控制参数，包括比例系数Kp、积分时间Ti和微分时间Td。
计算出这些参数之后，我们需要将它们输入到控制器中，使得控制器能够根据当前的液位值来进行控制。
实验过程中，需要适当控制电动水泵的运行时间和运行速度，使得液位能够平稳地上升，同时又不超过设定的上限值。
在实验中，我们首先对比例系数进行了调整。
我们发现当比例系数过大时，液位的波动会变得非常剧烈，表现为液位的快速上升和下降。
当比例系数过小时，系统的响应速度将会比较慢，导致液位不能够很好地达到设定值。
通过实验我们调整了比例系数，使得液位能够更加稳定地上升，并且在液位接近设定值时，系统能够迅速地响应。
我们也对积分时间和微分时间进行了调整，并且通过分析实验数据，我们最终确定了比例系数为1.8、积分时间为0.2秒和微分时间为0.1秒。
通过本次实验，我们深入了解了PID控制系统在单容水箱液位控制中的应用，也体验了PID控制系统参数调整的过程。
我们相信，在实际工程中，PID控制系统的应用会带来更大的效益。
水箱水位恒定的模糊PID控制(2)
4.3 模糊集选择及隶属函数设计（1）FC1模糊语言变量的设计：将变量E的语言值设定为8个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），负零（NZ），正零（PZ），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）。
将EC的语言值设定为7个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）；将输出变量ΔKp的语言值设定为7个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）并设定其隶属函数，如图4-6至4-8图4-6 FC1输入变量E的隶属函数图4-7 FC1输入变量EC的隶属函数图4-8FC1输出变量△Kp的隶属函数（2）FC2模糊语言变量的设计：将输入模糊变量E、EC和输出模糊变量ΔKi 的语言值都设定为7个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）。
模糊控制器FC2的输入输出模糊语言变量值隶属函数如图4-9至4-11图4-9 FC2输入变量E的隶属函数图4-10 FC2输入变量EC的隶属函数图4-11 FC2输出变量△Ki的隶属函数（3）FC3模糊语言变量设计：将变量E的语言值设定为6个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）。
将EC的语言值设定为7个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）；将输出变量ΔKd的语言值设定为7个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）并设定其隶属函数如图4-12至4-14图4-12 FC3输入变量E的隶属函数图4-13 FC3输入变量EC的隶属函数图4-14 FC3输出变量△Kd的隶属函数4.4 模糊规则集的设定参数Kp 、Ki 、Kd在不同的e 和ec 下的自调整要满足如下调整原则: (1) 当e 较大时,为加快系统的响应速度,防止因开始时e 的瞬间变大可能会引起的微分溢出,应取较大的Kp 和较小的Kd ,同时由于积分作用太强会使系统超调加大,因而要对积分作用加以限制,通常取较小的Ki值;(2) 当 e 中等大小时,为减小系统的超调量, 保证一定的响应速度, Kp 应适当减小;同时Kd 和Ki的取值大小要适中;(3) 当e 较小时,为了减小稳态误差, Kp 与Ki 应取得大些,为了避免输出响应在设定值附近振荡,同时考虑系统的抗干扰性能, Kd 值的选择根据|ec|值而定，ec较大时，Kd 取较小值，ec较小时，Kd取较大值，通常Kd 为中等大小。
模糊自适应PID控制在水族箱恒温系统中的控制研究
2019年3月第15卷 第1期Mar. 2019Vol.15 No.1浙江国际海运职业技术学院学报JOURNAL OF ZHEJIANG INTERNATIONAL MARITIME COLLEGE模糊自适应PID 控制在水族箱恒温系统中的控制研究林型平(浙江国际海运职业技术学院，浙江舟山 316021)摘 要:针对水族箱加热控制系统具有温度滞后、非线性，加热装置实时性差等问题，提出一种模糊自适应PID 控制方法。
该方法结合了传统PID 控制和模糊FUZZY 控制算法，根据自定义的模糊规则实现PID 参数的在线寻优，实现参数的最佳匹配；利用Matlab 中的Simulink 功能建立水族箱水温系统模型进行仿真分析。
Matlab/Simulink 仿真结果显示，模糊自适应PID 控制较传统PID 控制具有更好的响应速度和鲁棒性，为水温控制系统提供了新的控制策略。
关键词：水族箱；模糊自适应；PID；加热系统中图分类号：TP212 文献标志码：AResearch on Fuzzy Adaptive PID Control Application to Aquarium Constant Temperature Control SystemLin Xingping(Zhejiang International Maritime College, Zhoushan, 316021, China)Abstract : Aiming at the problems of temperature lag, non-linearity and poor real-time heating device of aquarium heating control system, a fuzzy adaptive PID control method is proposed. This method combines the traditional PID control and Fuzzy control algorithms to realize PID according to the custom fuzzy rules . The online optimization of parameters to achieve the best match. Utilizing the Simulink function in Matlab, the model of aquarium water temperature system is established for simulation analysis. The simulation results show that fuzzy adaptive PID control has better response speed and robustness than traditional PID control, which provides a new control strategy for water temperature control system.Key words : aquarium; fuzzy adaptive; PID ; heating system 作者简介：林型平（1987-），男，浙江舟山人，助教。
模糊PID在水位控制系统中的应用
模糊PID在水位控制系统中的应用为了解决造纸行业对恒定水位的控制问题，设计并应用了水位恒定控制系统中的模糊PID控制器。
详细论述了模糊PID算法的设计过程，通过实验验证了此方法的可行性。
实现了水位控制系统的PID参数的在线调整，达到了对水位的有效控制的目的。
引言水位控制系统在造纸行业得到广泛应用，如果液位控制不好，液位高了或低了，会影响纸张的质量。
本文将模糊控制和PID控制结合起来，实现PID参数的在线调整，可以有效地解决系统的非线性和不确定性，同时随时根据系统的输入与反馈的偏差及偏差率来调节水位，实现水位的恒定。
实验结果表明，这样既能防止超调又能提高响应速度，明显地改善了系统的动态和静态性能，在水的压力及负载变化的情况下也能保持水位的恒定。
1 水位控制系统本系统的控制对象如图1所示：假若液罐I和液罐Ⅱ里面均是水，由液罐I的水通过进水管的水泵将水输送到液罐Ⅱ。
水位的控制过程如下：水位变送器检测到的水位值通过PLC 送到控制器中，该值与控制器的设定值进行比较，如果检测到的值小于设定值，那么控制器将输出调节信号，经过PLC、手操器，最终将信号送至出水管的电动调节阀上，此信号将阀关小。
如果检测到的值大于设定值，那么阀将开大。
如果检测值与设定值正好相等时，这时的出水量应与水泵的进水量相等，保持动态平衡犯。
2 水位的模糊PID控制2．1模糊PID的构成常规的PID控制虽有着原理简单、使用方便等优点但却不具备在线调整参数P、I、D 的功能，使其不能满足系统在不同条件下对PID参数自调整的要求，模糊控制器是一种近年来发展起来的新型控制器，其优点是不要求掌握被控对象的精确数学模型，而根据人工规则组织决策表，且由该表决定控制量的大小。
模糊控制器代替了传统的控制器，它是模糊控制系统的核心部分。
由输入量模糊化、模糊控制规则、模糊决策等几部分组成，如图2所示。
点击图片查看大图图1 水位控制结构框图点击图片查看大图图2 模糊控制系统原理框图2．2模糊-PID控制原理模糊一PID控制器是以误差e和误差变化率ec作为输入，根据不同的偏差和偏差率对PID参数进行在线调整，以满足不同时刻对控制参数的不同要求，而使被控对象有良好的动、静态性能，如图3所示。
一种改进的PID控制算法在水箱液位控制中的应用
一种改进的PID控制算法在水箱液位控制中的应用作者：童晨风来源：《中国科技纵横》2014年第03期【摘要】改革开放以来我国社会经济和工业现代化得到了稳步发展，在很多工业过程中液位控制得到了越来越多的使用。
传统的水箱液位PID控制算法虽然有很多的优点同时有很多的缺点，已经无法满足很多的高质量、严要求的控制工程。
本文提出一种改进的PID控制算法—模糊PID 控制算法—它能够很好的减小超调量，加快相应的时间，过渡过程平稳而且具有很强的适应能力。
【关键词】水箱液位控制模糊PID 控制算法 labview软件1 引言在我国工业现代化发展的过程中，液位控制在日常的生产中发挥着越来越重要的作用，逐渐成为过程控制中常见的控制类型。
一般液位控制系统具有非线性程度比较高，延时时间长等特点，因此很难建立非常准确的控制模型。
传统PID控制算法具有控制精度比较高、响应时间短等优点，但是它的抗干扰能力比较差，使用过程中容易会被影响而产生震荡。
模糊控制算法具有控制效果好平稳能力强等诸多优点，但是它的控制精度不够有较大的稳态误差存在，现在结合他们各自的优点设计模糊PID控制系统。
2 模糊PID控制算法的设计2.1 水箱液位控制系统的设计本文设计的单容水箱控制系统基于labview设计，水箱底部有压力传感器，利用labview 的数据采集功能求出传感器电压—液位的系数（传感器电压与液位线性关系），知道系数后就可以通过电压知道液位高度，之后对PID参数进行设定便可以对某一具体液位进行PID控制。
2.2 模糊PID控制算法的控制原理水箱液位模糊控制算法的系统结构图如下图2所示：如上图所示，液位的给定值为，而液位的实际值为y，在水箱液位模糊控制算法系统中液位的偏差用字母e表示，以液位偏差的变化用来表示同时我们用$Kp、$Ki、$Kd等字母来表示输出的量。
我们使用模糊数学原理进行相关的推理计算，对模糊PID参数Kp、Ki、Kd进行关的整定，来满足系统的各项要求指标，从而使水箱保持静态和动态的平衡。
fx5u pid控制案例
FX5U PLC在PID控制方面的应用非常广泛，以下是一个基本的PID控制案例：案例：水箱液位PID控制一、系统描述此案例为一个单容水箱液位控制系统，其目标是通过PID控制算法来维持水箱内的液位在设定值。
当液位低于设定值时，PID控制器将增加进水阀的开度，以增加进水量；当液位高于设定值时，PID控制器将减小进水阀的开度，以减少进水量。
二、硬件配置FX5U PLC：作为主控制器，负责接收液位传感器的信号，并根据PID算法计算结果控制进水阀的开度。
液位传感器：采用模拟量输出型液位传感器，其输出信号为4-20mA，对应液位的0-100%。
进水阀：采用电动调节阀，其开度可通过PLC输出的模拟量信号进行控制。
三、软件编程PLC程序需要首先读取液位传感器的模拟量输入信号，并将其转换为实际的液位值。
由于FX5U的PLC本体模拟量输入是电压类型，所以需要通过外部电路将传感器的4-20mA电流信号转换为0-10V的电压信号，然后再通过PLC的A/D转换功能将其转换为数字量。
在获取到实际的液位值后，PLC程序需要将其与设定值进行比较，并根据偏差值计算出PID 控制器的输出。
FX5U PLC内置了PID控制功能块，可以直接调用进行PID计算。
PLC程序最后将PID控制器的输出转换为电动调节阀的开度控制信号，通过PLC的D/A转换功能将其转换为模拟量电压信号输出给电动调节阀。
四、调试与优化在系统投入运行前，需要对PID控制器的参数进行调试与优化。
一般来说，PID控制器的参数包括比例增益、积分时间和微分时间三个部分。
这三个参数的设置需要根据系统的实际情况进行调整，以达到最佳的控制效果。
在调试过程中，可以先将积分时间和微分时间设为0，只调整比例增益，使系统达到基本的稳定状态；然后再逐步增加积分时间和微分时间，以改善系统的动态性能。
在调整参数时，需要注意观察系统的响应情况，避免出现超调或振荡等不稳定现象。
模糊PID复合控制对水温的控制
模糊PID 复合控制对水温的控制PID 控制就是比例积分微分控制，其控制规律如下：01(t)(t)(e(t)())t p D I de u K e d T T dtττ=++⎰ 式中，p K 为比例增益，p K 与比例度δ成倒数关系，即1/p K δ=；I T 为积分时间；D T 为微分时间；(t)u 为PID 调节器的输出信号；e(t)为给定值()r t 与测量值y()t 之差（即e()()y()t r t t =-）。
控制输出由三部分组成：比例环节——根据偏差量成比例的调节系统控制量，以此产生控制作用，减少偏差。
比例系数的作用是加快系统的响应速度，比例系数越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但容易产生超调，甚至会导致系统的不稳定；比例系数过小，会降低系统的调节精度，系统响应速度变慢，调节时间变长，系统动态、静态特性变坏。
积分环节——用于消除静差，提高系统的无差度。
积分作用的强弱取决于积分时间常数I T 的大小，I T 越小，积分作用越强。
但积分作用过强，会引起系统的不稳定。
微分环节——根据偏差量的变化趋势调节系统控制量，在偏差信号发生较大变化以前，提前引入一个早期的校正信号，取到加快系统动作速度，减小调节时间的作用。
但微分作用过强，会引起系统的振荡。
模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机控制方法。
常规模糊控制器的原理如下：模糊PID 复合控制将模糊技术与常规PID 控制算法相结合，达到较高的控制精度。
当温度偏差较大时采用模糊控制，响应速度快，动态性能好；当温度偏差较小时采用PID 控制，静态性能好，满足系统控制精度。
因此它比单个的模糊控制器和单个的PID 调节器都有更好的控制性能。
其基本原理如下：PID 模糊控制重要的任务是找出PID 的三个参数与误差e 和误差变化率c e 之间的模糊关系，在运行中不断检测e 和c e ，根据确定的模糊控制规则来对三个参数进行在线调整，满足不同e 和c e 时对三个参数的不同要求。
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。
水箱水位恒定的模糊PID控制
学校代码 10126 学号 00824032 分类号 TP273+.4 密级本科毕业论文（设计）水箱水位的模糊PID控制与PID控制的比较分析学院、系电子信息工程学院自动化系专业名称自动化年级 08 级学生姓名指导教师2012年05月30日摘要论文设计了一个参数自整定的模糊PID控制器来完成对单容水箱水位恒定的控制，并对其进行了SIMULINK仿真，与常规PID控制的仿真结果进行了对比与分析。
它的原理是在PID算法的基础上，以误差e及误差的变化率ec作为输入，利用模糊规则进行模糊推理，在运行中不断检测e和ec，并以PID参数的修正值ΔKp、ΔKi、ΔKd为输出，以满足不同时刻偏差和偏差变化率变化对PID参数整定的要求。
最终得到PID控制器的三个参数， Kp= Kp′+ΔKp ，Ki= Ki′+ΔKi ，Kd= Kd′+ΔKd，其中Kp′,Ki′,Kd′为预整定值。
仿真结果表明，参数自整定PID控制系统的动态性能得到高。
关键词：水位控制，模糊PID，SIMULINKAbstractAuthor:Tutor: This paper designes a parameter self-setting fuzzy PID controller to keep the level of water tank as a constant , and analyses the SIMULINK, and compared with conventional PID control ler’s simulation results . It’s principle is based on PID algorithm and it take s error e and error rate ec as inputs. Using the fuzzy rules for fuzzy reasoning, and constantly testing e and ec, then export PID parameters (ΔKp, ΔKi, ΔKd) to meet error and error rate’s requirements at PID parameters. Finally achieved the PID controller’s three parameters, Kp = Kp '+Δ Kp, Ki = Ki' + ΔKi, Kd = Kd '+ ΔKd, Among them ,Kp', Ki', Kd' is the initial value of PID controller.The simulation results show that the parameter self-setting PID control system dynamic performance is improved.Key words:water level control, fuzzy PID, SIMULINK目录第1章绪论 (1)1.1课题的研究背景及意义 (1)1.2 PID控制的特点 (1)1.3模糊控制技术的特点及展望 (2)第2章被控对象的分析与建模 (4)第3章模糊控制理论 (6)3.1模糊集合定义 (6)3.2 模糊语言 (6)3.3模糊变量的隶属函数 (7)3.5论域、量化因子、比例因子的选择 (7)3.5.1论域及基本论域 (7)3.5.2量化因子及比例因子 (8)第4章参数自整定模糊PID控制器的设计内容 (10)4.1参数自整定模糊PID控制原理 (10)4.2模糊控制器的结构设计及模糊变量的论域设计 (10)4.2.1模糊控制器的结构设计 (10)4.2.2 模糊控制器模糊变量的论域设计 (11)4.3 模糊集选择及隶属函数设计 ....................................................... 错误!未定义书签。
单容水箱液位pid控制系统实验报告
单容水箱液位pid控制系统实验报告一、实验目的本实验旨在设计并实现一个单容水箱液位PID控制系统，通过对水箱液位的测量和控制，达到稳定控制水箱液位的目的。
二、实验原理1. 液位测量原理：利用浮球开关检测水箱内部液位高度，并将其转换为电信号输出。
2. PID控制原理：PID控制器是一种经典的控制算法，它根据当前误差、误差变化率和误差积分值来计算输出信号，从而调节被控对象的状态。
三、实验步骤1. 设计电路：根据所需控制系统的功能要求，设计出相应的电路图。
本实验采用Arduino开发板作为主要控制器，通过连接电路板上的传感器和执行器来完成液位测量和PID调节功能。
2. 编写程序：在Arduino开发环境中编写程序代码。
首先需要进行传感器数据采集和处理，然后根据PID算法计算出输出信号，并将其发送到执行器上进行调节。
3. 调试系统：在完成硬件连接和程序编写后，需要对系统进行调试。
首先进行传感器测试，确保能够准确地检测到液位高度，并将其转换为电信号输出。
然后进行PID算法测试，通过手动调节控制器的参数，观察系统的响应情况，并逐步优化控制器的参数。
4. 实验结果：通过实验验证，本设计的单容水箱液位PID控制系统能够准确地检测到水箱内部液位高度，并能够根据设定值进行自动调节。
在实验过程中，我们不断优化控制器的参数，最终实现了稳定控制水箱液位的目标。
四、实验总结本实验通过设计和实现单容水箱液位PID控制系统，深入了解了传感器数据采集、PID算法计算和执行器控制等相关知识。
在实验过程中，我们遇到了很多问题，但通过不断尝试和优化，最终成功完成了任务。
这次实验对我们的学习和提高有很大帮助，在今后的学习和工作中也将会有所裨益。
水箱液位的模糊免疫PID控制
是过程控制 中一种典型 的控制对 象… 。采用传 统 Ｐ Ｉ Ｄ
进行 控 制 时 ， 其超调量大、 响应 时 间长 ， 控 制 效 果 不
理想 。
模糊免疫 Ｐ Ｉ Ｄ控制是利用生物系统抵御 外来Байду номын сангаас 毒 或细菌侵犯 的免疫机 理 ， 结合传统 的 Ｐ Ｉ Ｄ控 制理论 和
模糊 控 制 理 论 的 特 性 构 造 的一 种 控 制 器 ］ 。 中 控 Ｅ Ｃ Ｓ － ７ ０ ０系统具有 编程 局 限性 。 模 糊免 疫 Ｐ Ｉ Ｄ控 制 在 Ｅ Ｃ Ｓ － ７ ０ ０中不易实现 。Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ拥 有强大 的工程 计算 和 编程能力 ， 易于实现复杂的控制算法 。Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ７ ． ０及其
Ｏ Ｐ Ｃ技 术。 因此 ， 本 文通过稳定 的 Ｏ Ｐ Ｃ技 术 ， 将由 Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ编 写的模糊 免疫 Ｐ Ｉ Ｄ控制 和 Ｅ Ｃ Ｓ － ７ ０ ０相 结合 ， 实现 了对一阶单容水箱液位的实时控 制。
图 １ 单 容 水 箱 系统 结 构 图
Ｆｉ ｇ． １ Ｓｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ — ｖ ｏ ｌ ｕ ｍｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ｎ ｋ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
单容水箱液位控制系统的PID算法学习资料
单容水箱液位控制系统的P I D算法自动控制原理课程设计报告单容水箱液位控制系统的PID算法摘要随着科技的进步，人们对生产的控制精度要求越来越高，水箱液位系统是过程控制中一种典型的控制对象，提高液位控制系统的性能十分重要。
本文针对理想的单容水箱液位系统，将包括单容水箱、电动机等在内的部分分别建立数学模型，并加入常规PID对系统性能进行调节。
但由于实际单容水箱液位系统具有时滞性和非线性，实际生产中若要对其建立精确的数学模型比较困难。
因此，将模糊控制的方法引用到对单容水箱液位系统的PID控制中，通过Simulink仿真验证了算法的有效性。
结果表明，和常规PID控制相比，模糊PID控制具有良好的动静态品质。
关键词单容水箱液位; PID控制; MATLAB; Simulink; 模糊控制.PID control method in water level system of single-tankABSTRACT With the development of technology, the control precision is more and more important. And the water level system of single-tank is a typical control target in process control. The article mainly deals with the water level system of single-tank. It establishes mathematics model for every part of the system, and uses the traditional PID to improve the function . But in actual industry，it’s hard to establishes precise mathematics model. So, it introduces fuzzy PID control in this system. The result suggests that fuzzy PID control is more suitable than the traditional one.KEY WORDS the water level of single-tank; PID control; MA TLAB ; Simulink; fuzzy control.在工业过程控制中，被控量通常有：液位、压力、流量和温度。
模糊PID控制在汽车发动机冷却水泵系统中的应用
糊算法模拟人类推理的决策。在一定的输入条件下通过模糊
表1
Kp 的模糊规则
控制规则激活相应的输出，给出了适当的模糊控制推理。系
统的输出信号是一组具有多个模糊隶属度值向量。模糊 PID
的原理结构 [3] 如图 2 所示，e 为误差，ec 为误差变化率，ΔKp、
ΔKi、ΔKd 为控制器输出参量。
e
NB
NM
PB
PM
ZO
NS
NS
NS
PS
ZO
PB
NS
ZO
NS
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NB
NM
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NM
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NB
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PS
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NS
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PB
PS
PS
PS
ZO
ZO
PB
PB
3 系统仿真
系统的响应速度快慢主
在 Matlab 中 ， 使 用 经
要取决于 Kp 的值。Kp 越大，
但 是 当 Kp 增 大 到 一 定 程 度
2020 年 12 月
机 电 工 程 技 术
3.2。得到的仿真曲线如图 5 所示。
通过 2 种仿真曲线的对比，可以看出传统 PID 控制下动态
性能较差，响应速度慢，适应性差。而模糊 PID 控制可以实
现响应快、精度较高和误差小的性能指标。
4 结束语
冷却水泵与汽车发动机的工作状态紧密相关，其运行效
率直接影响汽车的整体性能。本文基于 PID 算法对汽车发动
图1
的工作效率问题，及其对汽车发动机性能的影响问题在业界的
基础项目二：单容水箱水位的模糊控制
山东理工大学
电气与电子工程学院
项目设计说明书
项目题目： 课程名称： 《智能控制技术导论A 》 专业班级： 学生姓名： 学 号：
任课教师： 完成日期：
单容水箱水位的模糊控制
自动化专业 2013级 班 刘丽娜
项目设计任务书
图1水位人工控制系统
由人工操作实现的正确步骤是：操作人员首先将要求水位牢记在大脑中，然后用眼睛和测量工具测量水池实际水位，并将实际水位与要求水位在大脑中进行比较、计算，再按照误差的大小和正负性质，由大脑指挥手去调节进水阀门的开度，使实际水位尽量与要求水位相等。
人工控制的过程是测量、求误差、控制、再测量、再求误差、再控制这样一种不断其控制目的是要尽量减小误差，使实际水位尽可能地保持在要求水位附近。
比较分析使用经典PID控制器和模糊逻辑控制器的水箱液位控制
比较分析使用经典PID控制器和模糊逻辑控制器的水箱液位控制Davood Mohammadi Souran, Seyed Hamidreza Abbasi, and Faridoon Shabaninia伊朗设拉子大学电子与计算机工程学院摘要经典比例-积分-微分控制器由于其简便性和叫强的鲁棒性广泛应用在许多工业场合。
工业过成变量易受环境变化的变化而变化。
这些参数可分类为例如输入流量，输出流量，工业设备液位等等。
发展过程控制技术是为了控制这些变量。
这篇论文水箱液位参数的控制使用经典的PID控制器，并且优化使用模糊逻辑控制器。
考虑最终结果比较分析文献和这篇论文的论证结果，模糊控制器是比经典PID控制器更加显著的。
从两者的最大超调量来看，使用模糊控制器比经典的PID控制器的超调量有显著的减少。
从两者的调整时间上看，模糊逻辑控制器彻底地比经典的PID控制器可靠。
这些结果都显示了模糊控制器的优越性。
关键字：模糊控制器 PID控制器液位1.引言由于PID控制器是一种简单的控制器，因此，在工业场合中广泛使用。
在理论上能保证PID控制器的稳定性。
在线性设备稳态过程能获得零稳态误差。
用计算机仿真揭示了跟踪误差通常是振荡的，而且在暂态过程中有较大的振幅。
为了题高PID控制器的性能，倡导了例如调整控制和监督控制技术的方法。
模糊控制方法论是被人们认为是一种有效的处理扰动和模糊不确定性的方法。
模糊化PID控制器是将模糊控制技术和经典的PID算法结合在一起的更加有效的人工智能控制「1」「2」。
模糊控制器（FLC）最常见的问题是由于其复杂性而导致的整定问题。
因此，设计和整定大部分机械问题的FLC是非常困难的，尤其是工业中的非线性系统。
为了缓解构建模糊规则的困难，模糊控制领域继承了传统的非线性分析方法「3」。
例如模糊变化控制，模糊时序控制「4」「5」，适应模糊控制「6」「7」。
对于大多数控制系统，如果参考输出是不变的，其误差信号是可以得到的。
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容忽 视 。单 容 液 位 控 制系 统 具有 非 线性 、 滞后 、 合 等特 征 ， 水 源 ， 为 水 柱 供 水 ， 以 通 过 电 动 阀 门 ２ 控 制 阀 门） 节 耦 泵 可 （ 调 阀 可 ０ 能够 很 好 地模 拟 工 业 过 程特 征 。对 于 液 位控 制 系 统 ， 规 的 进 水 量 Ｑ ， 门 １为 泄 水 阀 门 ， 以 手 动 调 节 出水 量 Ｑ 常 ＰＤ控 制 由于采 用 固定 的参 数 ， 以保 证 控 制适 应 系 统 的 参 显 然 ， 是 一 个 典 型 的有 自平衡 能力 的过 程 。 Ｉ 难 这 数 变 化 和 工作 条 件 变 化 ， 不 到 理想 效 果 。模 糊 控 制具 有 对 得 参数 变 化 不敏 感 和 鲁 棒 性 强 等 特 点 ， 控 制精 度 不 太 理 想 。 但
２ 模 糊 Ｐ Ｄ控 制 器 的 设 计 Ｉ
２ １ 模 糊 Ｐ Ｄ控 制 器控 制原 理 ． Ｉ
如果 将 模糊 控 制 和 传 统 的 ＰＤ控 制两 者 结合 ， Ｉ 用模 糊 控 制 理
论 来 整定 ＰＤ控制 器 的 比例 、 Ｉ 积分 、 分 系数 ， 能更 好 地 适 微 就
模糊 Ｐ Ｄ控 制 器 的 控 制 原 理 图 如 图 ２所示 Ｉ
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２０ ０ ８年 第 ４期
（ 第 ５ 总 ２期 ）
桂 林航 天工 业高等 专科学校 学报
Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｕ ＬＮ Ｃ Ｌ Ｅ ＥＯ Ｅ Ｏ Ｐ Ｃ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ 机 电技 术 应 用 Ｏ Ｒ Ａ ＦＧ ＩＩ Ｏ Ｌ Ｇ ＦＡ Ｒ Ｓ Ａ ＥＴ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ
＊ ＊
学校 机械 工 程 系讲 师 。研 究 方 向 ： 杂 过程 参 数 的检 测 与控 制 。 复
５ ５
２０ ０ ８年 第 ４ 期
桂 林航天 工业高等 专科学校 学报
பைடு நூலகம்
随着工业的发展 ， 液位控制在各种过程控制 中的应用越来越广泛 。 论文 以单容水箱液位为研究对象提出了一
种 智 能 控 制 算 法 —— 模 糊 ＰＤ 控 制算 法 。实 验 结 果 表 明 ， 用 模 糊 Ｐ Ｄ 控 制 器 后 。 制 系统 的 响 应 速 度 加 Ｉ 采 Ｉ 控
快 ， 调 量 减 小 ， 渡 过 程 时 间 大大 缩 短 ， 荡 次 数 少 ， 有 较 强 的适 应 性 和 良好 的稳 定 性 。 超 过 振 具
模糊 Ｐ Ｄ控制 在单容水箱 中的应用 Ｉ
罗 文 军 ｌ 彭 辉 １
， 中 南 大 学 １ 信 息科 学 与 工程 学 院 ， 南 长 沙 湖 机 械 工 程 系， 西 广 ４ ０８ １０３ 桂林 、 ５１０ ， ４０４ ＼ 桂 林 航 天 工 业 高 等 专科 学校 ２
摘 要
△ ｅ对控 制 器 参 数 的 不 同 要 求 ， 被 控 对 象 具 有 良好 的动 态 使
和静 态 性 能 。 ２ ２ Ｐ Ｄ控 制 器 参 数 整 定 原 则 ． Ｉ
对 模 糊 ＰＤ 控 制器 的参 数 Ｋ 、 、 Ｉ Ｋ。Ｋ 整 定 原 则 是 ： 当
较 ｝ｆ 大 时 。 取 较大 的 Ｋ 和 较 小 的 Ｋ 以使 系 统 响 应 加 应 ，
关 键 词 液位控制 ； 模糊 ＰＤ控制 ； Ｉ 单容水箱
中图分类 号 ： Ｐ ７． Ｔ ２３４
文献标 志 码 ： Ａ
文章编 号 ：Ｏ９ ｏ３２ｏ）４ Ｏ５ ３ ｌＯ一ｌ３（ｏ８ｏ—０５一ｏ
系 统 内流动 的液 体 （ 净 水 ） 储 在 水 箱 中 ， 泵 提 供 纯 存 为
液位 控 制 是工 业 中常 见 的过 程 控制 ， 对 生 产 的影 响 不 它
快 ， 避 免 出 现 较 大 的 超 调 ， 积 分 作 用 加 以 限 制， 为 对 取
Ｋ ； 中等 时 ， 使 系 统 具 有 较 小 的超 调 ， 应 取得 ＝０ 当 为 Ｋ
小 些 。此 时 ， 的取 值 对 系 统 的影 响 较 大 ， 大 小 适 中 ， Ｋ 要 以
图 １ 单 容 液 位 控 制 系 统 本 体
应 控 制 系统 的 参 数变 化和 工 作 条件 的 变 化 。
１ 单容 水 箱 液 位 控 制 系统
单 容 水 箱 液 位 控 制 系统 是 一 个 过 程 计 算 机 控 制 系 统 ， 实 验 平 台由 电 控 箱 、 位 控 制 系 统 本 体 以 及 ＡＤ Ｄ 数 据 液 ／Ａ 采集卡和 Ｐ Ｃ机 组 成 ， 个 系 统 的 控 制 均 由 计 算 机 实 现 。 整 计 算 机 通 过 控 制 调 节 器设 定 液位 ， Ｄ Ａ 转 换输 出 到 电 磁 经 ／
保证 系统的响应速 度， 的取 值要适 当 ； １ｌ Ｋ 当 较小 时， ｅ 为
＊
基金 项 目 ： 国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （０ ４ ０ ８ ６４３０） 作 者 简 介 ： 文 军 （ ９ ７一 ， 。 南 祁 阳人 ， 南 大 学信 息科 学 与 工 程 学 院硕 士 研 究 生 ， 林 航 天 工 业 高 等 专 科 罗 １７ － ） 男 湖 中 桂
给定
图 ２ 模糊 ＰＤ 控 制 器 原 理 图 Ｉ 其 中给定值 ｙ ，为 给 定 液 位 ， 出 ｙ 为 实 际 液 位 。本 输
阀， 电磁 阀通 过 接 收 到 的 信 号 直 接 对 容 柱 进 行 控 制 。 单 容 控制 器 是 以液 位 偏 差 ｅ 偏 差 变 化 Ａ 和 ｅ作 为 输 入 ． △ 、 以 Ｋ 液 位 控 制 系 统 本 体 由 泵 、 门 、 位 传 感 器 、 柱 、 箱 构 阀 液 水 水 △ △ 作 为 输 出 。采 用 模 糊 推 理 方 法 对 ＰＤ 参 数 Ｋ 、 Ｋ 、Ｋ Ｉ 成， 图 １ 示： 如 所 Ｋ Ｋ 、 进 行 在 线 整 定 ， 满 足 不 同 的误 差 Ｐ和 误 差 变 化 量 以