基于PLC的PID-模糊控制算法在水箱液位控制系统中的应用
模糊PID控制在单容水箱中的应用
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
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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
基于模糊PID的三容水箱液位控制系统应用研究的开题报告
基于模糊PID的三容水箱液位控制系统应用研究的开题报告一、研究背景和意义在现代产业中，水箱具有重要的作用，是一种常用的储水设备。
水箱液位控制技术的发展，对于保障工业生产的正常运行、降低能源的消耗和延长水箱的使用寿命都具有重要作用。
目前，水箱液位控制主要采用经典PID控制算法进行控制，但是由于水箱液位受多种因素影响，导致水箱液位变化不稳定，因此，传统的PID控制算法无法满足对水箱液位控制的精准度和鲁棒性的要求。
模糊控制可以处理系统模型模糊、误差信号模糊的情况，是一种非线性、模型无关的控制方法，具有较好的鲁棒性和适应性，在实际应用中得到了广泛的应用。
如何将模糊控制应用于水箱液位控制系统中，是当前研究的热点之一。
本研究将采用基于模糊PID控制算法的水箱液位控制系统，通过建立水箱液位控制模型，根据模型的特性采用模糊PID控制策略，实现水箱液位的自动控制，提高水箱液位控制的精准度和鲁棒性。
二、研究内容和方法本研究的主要研究内容和方法如下：1. 系统建模：建立三容水箱液位控制系统的数学模型，包括水箱的物理模型和控制系统的数学模型。
2. 控制算法设计：根据水箱液位的特性和传统PID控制算法的不足，设计基于模糊PID控制算法的控制策略。
3. 系统仿真：利用MATLAB/Simulink仿真工具，建立水箱液位控制系统的仿真模型，进行系统仿真，验证系统的控制效果。
4. 实验研究：通过实验平台，在实际的水箱液位控制系统中验证模糊PID控制算法的控制效果，与传统PID控制算法进行比较。
三、预期研究成果和意义本研究的预期研究成果和意义如下：1. 建立基于模糊PID控制算法的三容水箱液位控制系统研究模型，为水箱液位控制系统的研究提供了一种新的思路和方法。
2. 设计和实现了基于模糊PID控制算法的水箱液位控制系统，并进行了实验验证，实验表明，该算法在水箱液位控制方面具有比传统PID 控制算法更好的控制效果。
3. 本研究的成果可以在实际的工程应用中，提高水箱液位控制的精准度和鲁棒性，为提高工业生产效率和节省能源做出贡献。
PID模糊镇定算法在液位控制系统中的应用
第22卷 第3期 宁波大学学报（理工版）V ol.22 No.3 2009年9月 JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY ( NSEE )Sept. 2009文章编号:1001-5132（2009）03-0309-04PID 模糊镇定算法在液位控制系统中的应用俞海珍1, 张维山2，史旭华1（1.宁波大学 信息科学与工程学院, 浙江 宁波 315211; 2.台州学院 物理与电子工程学院，浙江 台州 318000）摘要: 鉴于液位过程控制系统是时变、非线性、多干扰的复杂系统, 因此通过对过程控制装置中双水箱液位系统的分析, 建立相应控制策略, 提出采用PID 模糊镇定算法, 并基于MATLAB 仿真和MCGS 组态软件进行相关应用实现. 仿真和应用实现效果均表明: 采用模糊PID 控制的下水箱液位较常规PID 控制具有响应速度快, 且能较快地达到稳定, 从而改善系统的性能. 关键词: PID 控制; 模糊PID 控制; MCGS 中图分类号: TP301.6文献标识码: A液位控制是工业生产中经常遇到的控制对象, 由于液体本身属性及控制机构磨擦、噪声等的影响, 控制对象具有一定纯滞后和容量滞后的特点, 液位上升过程缓慢, 呈现非线性. 因此, 液位控制装置的可靠性与控制方案的准确性是影响整个系统性能的关键. 用常规PID 控制器进行控制时, 其效果并不理想, 系统响应的调节时间也较长.由于模糊PID 控制器既具有模糊控制灵活、适应性强的优点, 又具有常规PID 控制精度高的特点, 在工业控制中已得到广泛的应用. 因此为克服常规PID 控制的不足, 在常规PID 基础上加上1个模糊调节环节, 将其与常规PID 控制结合起来, 构成模糊PID 控制, 在线对PID 3个参数进行整定.笔者以控制系统的MATLAB 仿真为前提[1], 研究模糊PID 控制效果, 并基于过程控制实验系统的双水箱液位系统, 采用MCGS 组态软件实现, 在计算机控制系统上对模糊PID 算法进行应用研究.1 过程控制系统分析和控制策略[2]AE2000A 双容水箱实验对象检测及执行装置如图1所示. 利用水泵将储水槽中的水输出, 通过收稿日期: 2009-01-14. 宁波大学学报（理工版）网址: 基金项目: 浙江省自然科学基金（Y407172）; 宁波市自然科学基金（2008A610025）.第一作者: 俞海珍（1975－）, 女, 浙江象山人, 硕士/实验师, 主要研究方向: 智能控制. E-mail: yuhaizhen@图1 双容水箱实验对象检测及执行装置310 宁波大学学报（理工版） 2009电动调节阀调节上水箱进水流量, 采用双闭环串级控制上、下水箱的液位, 使下水箱液位保持恒定, 液位变送器对上、下水箱液位进行实时测量. 并使用串接控制可改善其调节过程动态性能, 并且其副回路可以较快地消除作用于内回路的扰动.本系统以下水箱液位为主调节参数, 上、水箱液位为副调节参数, 构成串级控制系统. 当压力传感器检测的液位信号与给定液位值进行比较后, 则输入模糊PID 控制器, 其输出作为比例积分调节器的给定值, 当与上水箱液位传感器检测到的液位信号比较后, 再送入比例积分调节器, 其输出则可控制电动调节阀的开度, 调节进水流量, 实现水箱液位的控制.2 模糊PID 控制器的设计2.1 模糊PID 控制器模糊PID 控制器是以常规PID 为基础, 采用模糊推理思想, 根据不同的偏差e 和偏差变化率ec 对PID 参数进行在线自整定, 控制器由2部分组成: 常规PID 控制部分和模糊推理的参数校正部分. 模糊PID 控制器的结构如图2所示.基于过程控制实验系统, 采用双容水箱液位作为被控对象, 主调节器采用模糊PID 控制, 副调节器采用比例积分调节器的串级控制系统对水箱液位进行控制. 以偏差e 和偏差变化率ec 作为模糊PID 控制器的输入量, ,,P I D K K K ΔΔΔ为输出量在线调整PID 参数. 12345,,,,K K K K K 为比例因子.模糊PID 控制器调整PID 参数计算[1]公式如下:P PP K K K ′=+Δ, I I I K K K ′=+Δ, (1)D DD K K K ′=+Δ, 其中, ,,P I D K K K ′′′为初始设定的PID 参数; ,P K Δ ,I D K K ΔΔ为模糊控制器的3个输出, 可以根据被控对象的状态自动调整PID 的3个控制参数的值.2.2 模糊控制的输入、输出变量及其语言描述偏差e 和偏差变化率ec 为控制器输入量, 偏差sample()set n e H H =−. 其中, sample()n H 为t nT +时刻采样获得的液位值; set H 为用户设定的液位值[3]. 模糊PID 控制器中, 偏差e 变化范围为[38,− 38], 偏差变化率ec 变化范围为[0.4,0.4]−. 将偏差e 和偏差变化率ec 模糊化为E 和EC . E 和EC 的模糊论域均为{2,1,0,1,2}−−, 其模糊子集均为{,,NB NS,,}Z PS PB . ,,P I D K K K ΔΔΔ的模糊论域取为{4,−图2 模糊自适应PID 控制结构图3 输入e , ec 的隶属度函数图4 输出∆K P , ∆K I , ∆K D 隶属度函数第3期俞海珍, 等: PID模糊镇定算法在液位控制系统中的应用 3113,2,1,0,1,2,3,4}−−−, 其模糊子集均为{,,NB NS ,,}Z PS PB, 子集中元素分别代表负大、负小、零、负小、负大. 隶属度函数形状均采用三角形, 函数关系如图3及图4所示.2.3模糊控制规则[4]模糊控制器的核心是“IF…THEN”形式的模糊控制规则, 控制规则的选取直接关系到系统控制性能的优劣, 是设计的关键. PID控制中的,,P IK K DK具有以下特点:(1) 比例增益PK增大, 可加快响应速度, 减小系统稳态误差, 提高控制精度, 但是过大会使系统产生超调, 甚至导致不稳定.(2) 积分作用主要是消除系统静态误差. 加强积分作用, 有利于减小系统静差, 但是IK过大, 会加大超调, 甚至引起振荡;(3) 微分作用可以改善动态性能. 增大微分增益DK, 有利于加快系统响应, 使系统超调量减小, 稳定性增加; 但其对扰动敏感, 抑制了外扰能力减弱. 若DK过大, 会使调节过程出现超调减速, 调节时间增长; 反之, 若DK过小, 系统响应变慢, 稳定性变差.根据上述分析并同时考虑到3个参数之间的相互影响, 因此建立了表1的控制规则表.表1 ΔK P/ΔK I/ΔK D的模糊规则表NB NS Z PS PB NB PB/NB/PS PB/NB/NS PS/NS/NS PS/NS/NS Z/Z/PSNS PB/NB/Z PS/NS/Z PS/NS/Z Z/Z/Z NS/PS/ZZ PS/NS/Z PS/NS/Z Z/Z/Z NS/PS/Z NS/PS/ZPS PS/NS/Z Z/Z/Z NS/PS/Z NS/PS/Z NB/PB/ZPB Z/Z/PB NS/PS/PS NS/PS/PS NB/PB/PS NB/PB/PB 3试验结果及分析[5-7]本系统基于浙大中控公司AE2000A过程控制综合实验装置, 采用双容液位为被控对象, 液位测量采用扩散硅压力液位传感器, 由ICP-7017模拟量输入模块传入计算机, 调用模糊PID控制策略对液位的设定值、实际测量值之间的误差及其变化率进行计算分析, 并根据模糊控制算法整定PID参数. 将处理后的数据通过ICP-7024模拟量输出模块向电动调节阀发出4~20mA控制信号, 改变阀门开度来控制进水量, 从而达到对液位实时监控. 上位机监控软件采用MCGS工控组态软件. 分别用常规PID控制算法与模糊自适应PID控制算法进行试验, 根据理论分析和工程经验, 经过多次试验,最后进行调整与完善, 其中PID参数分别为PK′=10,0.0424,0I DK K′′==; 模糊自适应PID控制器比例因子123450.4,15,0.05,0.03,0.05K K K K K=====. 得到下水箱液位阶跃响应曲线如图5所示.(a) 常规PID算法(b) 模糊自适应PID控制算法图5 下水箱液位阶跃响应曲线(虚线为设定值、实线为测量值)表2 2种算法控制性能指标比较超调量/%上升时间/s 调节时间/s常规PID控制10 290 500 模糊自适应PID控制3.75 212 320312 宁波大学学报（理工版） 2009根据图5, 求取的控制性能指标见表2.由表2可知, 采用模糊自适应PID控制比常规PID控制各项指标均有提高, 上升时间减小26.9%, 调节时间减小36%, 超调量减小62.5%. 因此, 采用模糊自适应PID控制下水箱液位阶跃响应速度加快, 系统能较快地达到稳态, 且超量量减小, 较大地改善了系统的动态性能, 体现出模糊自适应PID控制具有良好的适应能力和优良的控制效果.参考文献:[1]刘金琨. 先进PID控制及其MATLAB仿真[M]. 北京:电子工业出版社, 2003. [2]金以慧. 过程控制[M]. 北京: 清华大学出版社, 2003.[3]李兵, 方敏, 汪洪波. 模糊PID液位控制系统的设计与实现[J]. 合肥工业大学学报, 2006, 29(11):1370-1374.[4]杨咏梅, 陈宁. 基于MATLAB的模糊自整定PID参数控制器的设计与仿真[J]. 微计算机信息, 2005, 12(1): 61-63.[5]孙亚灿, 吴兴华. 模糊自适应PID算法在MCGS中的实现[J]. 控制工程, 2007, 14(2):157-160.[6]杨大勇, 李鸣. 模糊PID控制在过程控制装置上的应用[J]. 控制系统, 2007, 23(10):20-22.[7]曹光明, 吴迪, 张殿华. 基于模糊自适应PID的铸轧机结晶器液位控制系统[J]. 控制与决策, 2007, 22(4):399- 407.Study on Fuzzy Self-tuning PID Control on Water Level Control SystemYU Hai-zhen1, ZHANG Wei-shan2, SHI Xu-hua1( 1.Faculty of Information Science and Technology, Ningbo University, Ningbo 315211, China;2.College of Physics and Electronic Engineering ,Taizhou University, Taizhou 318000, China )Abstract: The water level system of double tanks is analyzed as a time-variant, non-linear and multi-disturbance complex system. In this work, the control model is constructed and fuzzy self-tuning PID control is presented. Simulation results using MATLAB and MCGS software show that the water level controlled by the Fuzzy self-tuning PID controller can response fast and reach the stable state as quickly as that controlled by the conventional PID controller.Key words: PID control; fuzzy self-tuning PID; MCGSCLC number: TP301.6 Document code: A（责任编辑 章践立）。
模糊PID控制在液位串级控制系统中的应用
第５期（总第１７４期）２０１２年１０月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．５Ｏｃｔ．文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０５－０１５０－０３模糊ＰＩＤ控制在液位串级控制系统中的应用黄 彪，张井岗（太原科技大学电子信息工程学院，山西 太原 ０３００２４）摘要：以ＤＳ１１０３单板系统为实验平台，以双容水箱液位控制系统为研究对象，利用ｄＳＰＡＣＥ开发系统进行快速控制原型的半实物仿真实验。
该系统采用双闭环串级控制，主控制器采用常规ＰＩＤ控制和模糊ＰＩＤ控制算法进行对比研究，实验表明模糊ＰＩＤ控制算法在液位控制系统中可以获得非常好的控制效果。
关键词：ｄＳＰＡＣＥ；水箱液位；模糊ＰＩＤ控制中图分类号：ＴＰ２７３＋．４ 文献标识码：Ａ收稿日期：２０１２－０３－０３；修回日期：２０１２－０４－２５作者简介：黄彪（１９８６－），男，山东临沂人，在读硕士研究生，研究方向为控制理论与控制工程。
０ 引言由于水箱液位系统具有非线性、大迟滞性、时变性等特点，因此常规ＰＩＤ控制系统受到控制器参数固定的局限，使得ＰＩＤ控制难以保证系统适应工作条件的变化。
文献［１］设计了一种在线自整定的模糊ＰＩＤ控制器，并针对水箱的数学模型进行了数字仿真，结果表明模糊ＰＩＤ控制算法可以在液位控制系统中取得很好的控制效果，但结果只限于数字仿真，并没有进行实际实验。
文献［２］通过ＭＣＧＳ（Ｍｏｎｉｔｏｒ ａｎｄ ＣｏｎｔｒｏｌＧｅｎｅｒａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ，监视与控制通用系统）组态软件实现了水箱串级液位控制的ＰＩＤ控制算法、模糊控制算法、模糊ＰＩＤ控制算法的仿真和调试实验的对比研究，证明了模糊ＰＩＤ控制算法既具有模糊控制的良好动态性能，又具有ＰＩＤ控制较好的静态性能，在参数选取合适的情况下可以获得满意的控制性能，但是其监控界面需要通过用户手动编写。
从文献［３］、［４］中也可以看出，一些比较先进的控制理论在实际操作过程中经常会受到硬件条件或者工作量大等的限制而难以在工业实际中进行实验及调试。
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。
基于PLC的模糊PID水箱液位控制系统设计
基于PLC的模糊PID水箱液位控制系统设计摘要常规PID控制器结构简单、稳定性好、工作可靠，被广泛应用于过程控制中，但常规的PID在系统参数、工作环境发生变化时往往不能获得较好的控制效果。
采用基于PLC 知识和不依赖精确数学模型的模糊控制来解决这类问题。
本文首先通过机理法建立液位控制系统水箱的数学模型，为了改善调节过程的动态特性，采用串级控制，主调节器用模糊控制，副调节器采用PID控制。
根据液位系统的特征，选取合适的模糊控制规则和隶属度函数，建立模糊控制规则查询表，设计PID控制器和模糊控制器，将设计好的串级系统在Simulink软件上进行仿真，比较常规PID 控制器和模糊PID控制器的控制性能。
通过西门子SIMATIC S7-300 PLC 编程系统和力控组态软件6.0设计了西门子PLC 的常规PID系统和模糊PID控制算法。
通过组态软件力控6.0实时监控液位变化，将设计好的液位控制系统进行仿真。
实验表明模糊控制器具有良好的动、静态控制效果。
关键词：过程控制，PID控制，模糊控制，PLC，力控组态软件Based on PLC fuzzy PID water level control system designAbstractThe conventional PID controller simple structure, good stability, reliable working, are widely used in process control, but the conventional PID parameters in the system, working environment change often cannot obtain the good control effect. Based on PLC knowledge and not rely on the accurate mathematical model of fuzzy control to solve the problem.This paper first through the mechanism of water level control system method to establish the mathematical model, in order to improve the dynamic characteristics of the regulatory process, the cascade control, regulation is the fuzzy control, vice regulator PID control. According to the characteristics of liquid level system, to select the suitable fuzzy control rules and membership functions, establish the fuzzy control rules lookup, PID controller and fuzzy controller design, the design good ship machine system in Simulink software, and simulation is the conventional PID controller and fuzzy PID controller control performance.Through the Siemens SIMATIC S7-300 PLC programming system and the force control configuration software design of the 6.0 Siemens PLC conventional PID systems and fuzzy PID control algorithm. Through the configuration software force charged with 6.0 real-time monitoring level changes, Will design good level control system was simulated. Experiments show that the fuzzy controller has good dynamic and static control effect.Key Words: Process control, PID control, Fuzzy control, PLC, Force contro目录1 绪论 (1)1.1过程控制概述 (1)1.2模糊控制理论的产生和发展状况 (2)1.3PLC的特点及发展状况 (3)1.3.1 PLC的特点 (3)1.3.2 PLC技术发展动向 (5)1.3.3 可编程控制器的硬件组成 (6)1.4课题研究的主要内容与论文结构 (6)1.4.1 课题研究内容 (6)1.4.2 论文结构 (7)2 水箱液位控制系统设计及模型分析 (7)2.1水箱液位串级控制系统设计 (8)2.2水箱液位控制系统组成及工作原理 (9)2.3双容水箱数学模型建立与分析 (10)3 PID控制和模糊控制 (14)3.1PID控制 (14)3.1.1 PID简述 (14)3.1.2 数字式PID控制算法 (16)3.2模糊控制 (18)3.2.1 模糊控制器的基本结构 (18)3.2.2 模糊集合 (20)3.2.3 隶属度函数及其确定 (22)3.2.4 模糊推理 (24)3.3液位模糊控制器的设计 (25)4 系统硬件设计 (31)4.1西门子S7-300PLC (31)4.2液位控制系统组成 (32)5 PLC编程实现 (35)5.1西门子S7-300编程基础 (35)5.2STEP7编程 (36)5.3控制算法的实现 (38)5.3.1 程序流程图 (38)5.3.2 梯形图程序 (40)5.4组态软件力控6.0 (43)5.5常规PID与模糊PID控制器性能比较 (44)5.5.1 用MATLAB模糊逻辑工具箱设计模糊控制器 (44)5.5.2 SIMULINK仿真 (46)结论 (48)致谢 (49)参考文献 (50)附录 (52)1绪论1.1过程控制概述过程控制技术是利用测量仪表、控制仪表、计算机、通信网络等技术工具，自动获得各种变量的信息，并对影响过程状况的变量进行自动调节和操作，以达到控制要求等目的的技术。
模糊pid在液位控制系统中的应用研究
液位控制系统往往存在状态时变、非线性和滞后等诸多不确定性因素，采用传统的PID控制策略已不能满足性能要求。
本文将模糊PID控制应用在双容水箱液位控制中，首先建立双容水箱数学模型，设计了模糊PID控制器并混沌优化生成模糊规则。
在Matlab/ Simulink环境下建立双容水箱控制的仿真模型，对模糊PID控制系统进行仿真研究；最后利用MCGS组态软件设计了系统组态并在天煌THFCS-1A型过控综合自动化控制实验系统上进行了实验。
通过仿真和实验，证明该控制方法优于常规PID，此结果对于过程控制的理论研究和工程应用具有较好的参考价值。
在人们生活以及工业生产等诸多领域常常会涉及到液位及流量的控制问题，需要设计出合适的控制器来自动调整液位及流量，使得液位满足要求。
各种实际生产中的液位控制问题，我们将其简化为某种水箱的液位控制问题。
这种问题具有非线性及滞后特性等等，常规PID控制效果不好，鉴于模糊控制特性，许多学者将模糊控制和PID控制结合应用在液位控制上，将模糊PID应用在AE2000A过控实验装置中，但是模糊调节PID的规则不一定是最优规则；仅对单容水箱进行了研究；将模糊PID应用在THJ-2、THJ-2液位控制系统中；还有很多学者对此类问题进行过相应研究与应用，有优点也有缺陷。
本文通过优化模糊自整定PID得到最优规则，并且仿真验证，通过天煌THFCS-1A型过控综合自动化控制实验系统验证了模糊PID控制器在液位控制系统中的应用，当模型参数变化或受到扰动时，系统具有良好鲁棒性。
1 双容水箱液位控制系统及建模双容液位控制系统是基于THFCS-1A型过控综合自动化控制的实验系统。
该系统最终是控制下水箱的液位，用随机流入水箱中的水作为干扰源，超过警戒水位；同时水位不能低于设定值。
液位控制系统的结构图如图1所示。
控制系统有控制器、电动调节阀、上水箱、下水箱和液位变送器模块。
电动调节阀调节上水箱的进水量，液位变送器检测上水箱和下水箱中的液位。
基于PLC的水箱液位PID控制
基于PLC的水箱液位PID控制摘要本设计的课题是基于PLC的水箱液位PID控制。
在设计中，主要是数学模型的建立和控制算法的设计，因此在论文设计中用到的PID算法较多，而在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， S7-200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的过程控制指令PID指令来控制水箱水位。
关键词：S7-200系列PLC，控制对象特性，PID控制算法，PID指令，The liquid level control system based on PLCAuthor：Yan ZhengjunTutor：Wang HongweiABSTRACTThe subject of graduation design is based on PLC, liquid level control systemdesign. In the design, the author is mainly responsible for the mathematical model andcontrol algorithm design, so the design used in the paper referred to was more PIDalgorithm, 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 curveanalysis, S7-200 series PLC hardware control, PID tuning parameters and variousparameters of the control performance comparison, the application PID controlalgorithm obtained experimental curve analysis, the entire system, introduce andexplain the various parts of the PLC process control commands to control the tanklevel PID instruction.Keywords：S7-200 series PLC, PID control algorithm, to expand the criticalproportion method, PID instruction,目录第一章绪论............................................................. 错误!未定义书签。
PID模糊镇定算法在液位控制系统中的应用
笔者 以控制系统 的 ＭＡ Ｌ Ｂ 仿真为前提川， ＴＡ
研究模糊 ＰＤ控制效果， Ｉ 并基于过程控制实验系统 的双水箱液位系统， 采用 ＭＣ Ｓ Ｇ 组态软件实现， 在 计算机控制系统上对模糊 ＰＤ算法进行应用研究． Ｉ
图 １ 双容水箱 实验对象检测及执行装置
收稿 日期 ：２ ０—ｌ１ ． ０ ９０・４ 宁波 大学 学报 （ 工版 ） 理 网址 ： ｔ ：３ｂｎ ｕ ｄ ＿ ｈ ｐ／ ｘ． ． ｕｃ ｔ ／ ｂ ｅ ｎ 基金 项 目： 江 省 自然 科学 基金 （ ４ ７７ 浙 Ｙ ０ １２）； 波市 自然科 学 基金 （ ０８ ６ ０２ 宁 ２０ Ａ １０５）．
模 糊 ＰＤ控 制器调 整 ＰＤ参数 计算【公式如 下： Ｉ Ｉ ］
级控制上 、 下水箱的液位， 使下水箱液位保持恒定， 液位变送器对上 、下水箱液位进行实时测量． 并使 用 串接控 制可改善其调节过程动态性能， 并且其 副回路可以较 陕地消除作用于内回路的扰动．
本 系统 以下 水 箱液位 为主调 节参 数，上 、水箱
ＫＰ ｆ Ｐ ＝Ｋ ＋ Ｐ ，
， ：Ｋ Ａ ， Ｋ，
ＫＤ＝ ＋ ＡＫ Ｄ，
（） １
其 中，
， ， 为初 始 设 定的 ＰＤ 参 数 ；△ ， Ｉ
△ ， 为模 糊控制 器 的 ３ ，△ 个输 出， 以根据 被控 可 对 象的状 态 自动调整 ＰＤ的 ３ 控制 参数 的值 ． Ｉ 个
第一作者： 俞海珍 （ ９ ５ ， 浙江象山人， １７ 一） 女， 硕士／ 实验师， 主要研究方向： 智能控制． － ａ ：ｕ ａ ｈｎ ｎ ｕ ｄ ． Ｅ ｍ ｉ ｙｈｉ ｅ ＠ ｂ ． ｕ ｎ ｌ ｚ ｅ ｃ
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宁波大学学报 （ 理工版 ）
模糊控制技术在双容水箱液位控制中的应用研究
性 价 比较 高 的Ｓ Ａ Ａ系统 ．系 统 总 体 构 成 为 “ ＣＤ 研
究 平 台＋ 究对象 ” 的结构 ，如 图１ 研 所示 ．
系统硬 件主要 由上 位机 、测控 单元 和通讯 网络 组成 ． 位 机 主要 实 现 智 能控 制 算 法 和 系统 实 时监 上
王 维 荣
（ 肃 省 天水 市 科 学 技术 局 生 产 力促 进 中心 ，甘 肃 天 水 ７ １ ０ ） 甘 ４ ００
摘 要 ： 通 过 建 立 系 统 的 组 态 工 程 和 开 发 组 态 画 面 ．根 据 模 糊Ｐ Ｄ控 制 规 则 编 制 Ｍ Ｇ 模 糊 控 制 脚 本 程 序 ． Ｉ Ｃ Ｓ
１ 双 容 水 箱 液 位 控 制 系统 结 构 的 组 成
１１系统硬 件 的结 构 ． 根据 现场环 境 的复杂性 和控 制 目标 的精 度等特
殊要 求设 计性 能 良好 的控 制器 ．在 系统 结构 上采用
要 有压 力传 感变送 器 、温度传 感器 和流量传 感变送
器 ． 个 系统通 过 航空 插 头 以总线 的 形式 连接 到 控 整 制 平 台以减 小干扰 ．
关 键 词 ：模 糊Ｐ Ｄ控 制 ：双 容 水 箱 ；组 态 软 件 Ｉ
中 图分 类 号 ：Ｔ ２ ３ Ｐ７ ． ４
文 献标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ： １７ — ３ １ （０ ０ ５ ０ ２ — ４ ６ １ １ ５ ２ １ ）０ — １ ２ ０
双 容 水 箱 液 位 的控 制 作 为 过 程 控 制 的典 型 代 表 ．是众 多 过程 控制 学 者研 究 的热点 之 一． 随着 智 能控制 理论 和技术 的飞速发 展 ．许 多学者 将模糊 控
基于plc的模糊pid冷却液温度控制系统的设计
基于PLC的模糊PID冷却液温度控制糸统的设计范蟠果1,刘经纬1,王超然1,刘晓航2(1.西北工业大学自动化学院，西安710129；2.国网铁岭供电公司，辽宁铁岭112000)摘要：功率设备在运行的时候对温度有着较高的要求，需要配合冷却系统保持预定工作温度才能正常运行，但冷却系统的冷却液温度控制的大惯性、多变量以及时变参数等特性会导致控制速度慢、精度低等问题。
该文提出一种基于PLC的模糊PID冷却液温度控制系统，介绍了系统硬件以及软件的设计。
该设计应用PLC实现了对温度调节过程的实时控制和数据采集，系统中的模糊控制和PID调节均通过PLC来实现。
实验结果表明，该系统运行稳定，调节速度快，误差小，并具有实时显示、数据保存等功能，可以使用该系统对需要降温的功率设备进行冷却及温度控制％关键词:PLC；模糊控制；PID；温度控制中图分类号:TP273文献标识码：A文章编号#1000-0682(2020)01-0069-04Design of fuzzy-PID coolant temperature control system basee on PLCFAN Panguo1,LID Jingwei1, WANG Chaoran1,LID Xiaohang2(1.School of Automation,Northwestern Polytechnical University,Xian710129,China+2.State Grid Tiling Poors Supply Company,Liaoning Tieling112000,China#AbstracU:The power equipment has high temperatura requirements duang operation,and O needs te cooperate with the cooling system te maintain the predetermined working temperature te operate normally.However,W c larae inertio,multivariable,and time-varying parameters of the cooling system temperatura controo of the cooling system may easy control.Slow speed,low precision and other issues.In this papee,a fuz z y PID temperature conhco system based on PLC is proposed.The hardware and software design of the system is introduced.The desion uses PLC te reeliye the reel-conWco and data acquisition of the temperature adjustwent process.The fuzey conWco and PID adjustwent in the system.All of them are reelized by PLC.The expeymental results show that W c system is stable in operation, fast in adjustwent,small in eiroe,and has functions such as real-time display and data syving.The system con be used foe cooling and temperature contro1of poweo devices that need te be cooled.Keywords:PLC；fuzzy control；PID；temperature control0引言液体温度控制在工业控制中有着十分重要的位置，目前主要采用PID的控制方式［1］o PID调节具有原理简单、使用方便、适应性强、鲁棒性强［2-3］（稳定性好、易于实现等优点，但是在温度控制过程中，系统参数不断发生变化,控制过程具有滞后性,常规的PID控制系统很难达到预期效果，而模糊控制⑷收稿日期#2019-07-15作者简介:范蟠果（1960#，男，陕西西安人，硕士，副教授，主要从事计算机测控系统研究。
基于PLC的模糊控制算法在液位控制中的应用
２ ． １液位控 制系统组成 三容水 箱实验装置 由水箱主体 、差压 变送 器 、 电动 调 节 阀 、变 频 器 、 电磁 阀 、 流 量 计 、 水泵 、Ｓ Ｌ Ｃ Ｐ Ｌ Ｃ 和计 算机等 组成 ，系统结构 如 图ｌ 所示。 ２ ． ２双容水箱液位控制 本研 究的 被控 对 象为 双 水箱 的 下水 箱 液 位。所用 设备为 中水箱 、下水箱 、水泵 、液 位
３ ． 双容水箱液位模糊控制器的设计 ３ ． １模糊控制算法 模糊控 制器是运用模糊理论 ，依据专家知 识 ，通过 具有模糊性 的语 言条件来 实现 控制过 程 。其核 心部分是模糊控 制器 ，主要包 括输入 量 的模糊 化、知识库 、模 糊推理和清 晰化四部 分 ，如 图 ４ 所示。 ３ ． ２确定模糊控制器的结构 本 系统 取 中水 箱水 位 的高 度作 为 实现系统参 数辨识 、 Ｐ Ｌ Ｃ（ 可编程 序控制 器 ）由于其 抗干扰 能 单 回路 控制 、串级控制 、前馈 控制 、比值控制 力 强 ，可 靠性高 、通 用性强 、编程简单 、功能 等 多种 控制形式 。在液位控 制系统控 制中，用 强大 、 维护 方 便等 特 点 ， 因此在 许 多行 业 的 到 的是此装置 的液位控制装置 。现介 绍液位系 工业控 制 中得到 广泛 的应用 。现代Ｐ Ｌ Ｃ 的应 用 统及其相关装置 。
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一
缎筮 ． 一 Ｉ
基于Ｐ Ｌ Ｃ的模糊控制算法在液位控制 中的应用
广 西机 电职业技 术学院 电气工程 系 林勇坚
【 摘要 】针对双容水箱液位控制 ，设计 了一个模 糊控制器 并采） ￣ Ｓ Ｌ Ｃ 一 ５ ０ ０ Ｐ Ｌ ｃ 实现算法 ，在实验 中与传统Ｐ Ｉ Ｄ控制算法做 比较 ，通过分析两者的实时控制 曲线 图得出，模糊
模糊控制算法在水箱液位控制系统中的应用
模糊控制算法在水箱液位控制系统中的应用模糊控制算法在水箱液位控制系统中的应用摘要液位控制是工业控制中的一个重要问题，针对液位控制过程中存在时变、非线性等特点，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算法的优点，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。
本文介绍了模糊PID控制在双容水箱的液位控制系统中的应用。
首先建立了液位控制系统数学模型，介绍了PID控制、模糊控制以及模糊PID的基本原理，然后利用MATLAB软件给出了设计结果，仿真结果验证了设计方法的有效性。
关键词：液位控制；模糊PID控制；仿真Application of fuzzy control algorithm in the tank liquid level control systemAbstractLiquid level control is an important problem in industrial control, for level control in big delay, time-varying and nonlinear characteristic, in order to adapt to complex system control requirements, people developed a wide range of advanced intelligent controller, fuzzy PID controller is one of them. Fuzzy PID control combined with PID control algorithm and the advantage of fuzzy control method, can realize adjustment of PID parameters online, and make the control system response speed, greatly shorten the transition time, overshoot less, fewer oscillations, has strong robustness and stability, and plays an important role in fuzzy control. This paper introduces the fuzzy PID control in the application of the double let water tank liquid level control system. Liquid level control system mathematical model is established first, and introduces the PID control, fuzzy control and the basic principle of fuzzy PID, and design result given by using MATLAB software, the simulation results verify the validity of the proposed design method.Keywords：liquid level control；fuzzy PID control；simulation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1课题研究的背景与意义 (1)1.2模糊控制产生的背景与意义 (1)1.3液位控制系统研究的意义 (2)1.4本论文研究的主要内容 (3)2 液位控制系统的分析与建模 (4)2.1引言 (4)2.2液位控制系统控制对象及控制策略 (5)2.3被控对象的分析与建模 (6)2.4本章小结 (8)3 控制算法研究 (9)3.1模糊控制算法 (9)3.1.1 模糊控制的产生及发展 (9)3.1.2 模糊控制的特点 (10)3.1.3 模糊控制的基本概念 (10)3.1.4 模糊控制的基本理论 (14)3.2本章小结 (19)4 模糊控制算法在水箱液位控制中的应用 (20)4.1PID控制在双容水箱液位控制系统中的仿真研究 (20)4.1.1 PID控制算法 (20)4.1.2 PID参数对系统性能的影响 (22)4.1.3 PID参数的整定方法 (22)模糊自整定PID在双容水箱液位系统中的应用 (26)模糊PID控制器的设计 (26)模糊控制部分 (27)4.3仿真结果与分析 (31)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)1 绪论课题研究的背景与意义随着工业生产的飞速发展，人们对控制系统的控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高。
基于LC的模糊控制算法在液位控制中的应用
基于LC的模糊控制算法在液位控制中的应用【摘要】针对双容水箱液位控制，设计了一个模糊控制器并采用SLC-500 PLC实现算法，在实验中与传统PID控制算法做比较，通过分析两者的实时控制曲线图得出，模糊控制算法具有更好的控制效果。
【关键词】液位控制；模糊控制；PID控制1.引言PLC（可编程序控制器）由于其抗干扰能力强，可靠性高、通用性强、编程简单、功能强大、维护方便等特点，因此在许多行业的工业控制中得到广泛的应用。
现代PLC的应用范围不局限于开关量的顺序控制，由于其功能指令越来越强大，可以实现很多复杂的控制算法，结合其硬件模块如模拟量输入、输出模块，在复杂的过程控制、运动控制中应用越来越广泛。
而模糊控制器，由于它不需要知道对象的数学模型，具有系统响应快、超调量小、过渡时间短和鲁棒性好等优点，在复杂的、非线性的工业控制系统中得到广泛的应用。
若将PLC和模糊控制技术相结合应用于复杂工业控制中，可以取得意想不到的良好效果。
本文采用美国罗克韦尔公司SLC-500 PLC实现模糊控制算法，并在水箱液位过程控制实验系统中成功应用，取得良好效果，其应用性可以推广到工业控制中，具有较高的参考价值。
2.水箱液位控制实验系统简介A3000型过程控制实验装置是基于工业过程的物理模拟对象，它是集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置。
系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识、单回路控制、串级控制、前馈控制、比值控制等多种控制形式。
在液位控制系统控制中，用到的是此装置的液位控制装置。
现介绍液位系统及其相关装置。
2.1 液位控制系统组成三容水箱实验装置由水箱主体、差压变送器、电动调节阀、变频器、电磁阀、流量计、水泵、SLC PLC和计算机等组成，系统结构如图1所示。
2.2 双容水箱液位控制本研究的被控对象为双水箱的下水箱液位。
所用设备为中水箱、下水箱、水泵、液位变送器、变频器、SLC500 PLC和监控计算机。
基于PLC和WinCC的水箱液位模糊控制研究与应用
基于PLC和WinCC的水箱液位模糊控制研究与应用罗庚兴【摘要】CPU315 -2DP of S7 -300 is used to designed a level fuzzy controller for single-capacity water tanks which has overcome the reliance the on precise math model of the traditional PID control. The intelligent control is achieved directly by querying the pre-calculated fuzzy control table. Supervising the level running pages is achieved by connecting and setting-up parameters in WinCC. The experiment results show that the control system functions reliably and effectively, and its robustness is better than the one of the traditional PID control.%采用S7-300的CPU315-2DP设计了一个单容水箱的液位模糊控制器,该模糊控制器克服了传统PID控制对被控对象精确数学模型的依赖.通过查询预先计算出的模糊控制量表直接实现智能控制.通过在WinCC中的参数连接与设置,实现液位运行画面的监测.实验结果表明该控制系统运行可靠有效,其鲁棒性明显优于传统的PID控制方法.【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》【年(卷),期】2011(000)005【总页数】5页(P77-81)【关键词】PLC;WinCC;模糊控制器;液位控制;组态监控【作者】罗庚兴【作者单位】广东松山职业技术学院,广东韶关 512126【正文语种】中文【中图分类】TP273.50 引言液位控制系统是工业生产中比较典型的控制应用之一。
毕业论文--模糊PID控制在液位控
de/dt
模糊控制器
Kp Ki Kd
PID调节器
yout 受控对象
自适应模糊控制器结构
12
么么么么方面
• Sds绝对是假的
江南大学
本科论文
从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等各方面来考虑Kp，Ki，Kd的作用 如下：
(1)比例系数 Kp的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度Kp越大，系统 的响应速度越快，系统的调节精度越高，但易产生超调，甚至会导致系统不稳定Kp 取值过小，则会降低调节精度，使响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静态、 动态特性变坏.
本科论文
3
江南大学
本科论文
1 液位控制系统研究的意义
由于缺乏实际背景的支持，算法的应用要比理论方面的研究滞后几十年，开发经济实用且具 有典型对象特性的实验装置是一条将理论成果转换为实际应用的捷径.液位控制系统实验装置 模拟了工业现场多种典型的非线性时变多耦合系统，用常规的控制手段往往很难实现理想的 控制效果，因此对其控制算法进行研究具有非常重要的实际意义.
2 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 time(s)
模糊控制器参数Ki随时间的变化大小
Kp Ki
2021/3/7
18
江南大学
模糊PID响应仿真
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4KdFra bibliotek本科论文
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 time(s)
NB
NM
NS
Z
PS
PM
PB NB
NM
NS
Z
PS
PM
PB
1
模糊算法在双容水箱液位控制系统中的应用
D
糊控制系统结构图 , 图 h2 = K 0 qv1 ( 5) 5 为模糊控制系统 S i m u link 仿真图。 通过仿真发现 , 采 用模 糊算 法系 统 的 上
驱动控制 rive and con trol
整理可得: T 1T 2 d
2
h2
2
Hale Waihona Puke dt+ (T 1 + T 2 )
dh2 + dt
相应的传递函数为: H 2 ( s) K0 = ( 6) 2 q v1 ( s) T 1T 2 s + (T 1 + T 2 ) s + 1 式中: T 1 为槽 1 的时间常数, T 1 = R 2 C 1; T 2 为槽 2 的 G ( s) = 时间常数, T 2 = R 3C 2; K 0 为过程放大系数, K 0 = R 3。 现在对一个参数 T 1 = 10 , T 2 = 12 , K0 = 5 , 即传 5 递函 数 为 的系统进行各种算法的 2 120 s + 22s + 1 M atlab 仿真, 系统采样时间为 0. 1 s。
k
图 2 模拟 P ID 控制器原理图 图 6 带积分 项模糊控制系统仿真模型
与一 般的 模糊 控 制 对 比 Si m u link 仿 真 图 如 图 7 所 示。 通过 M at la b 仿真得出带积分环 节的 模糊 控制 器 消 除 图 7 带积分项模糊控制仿真图 了系统的静态误差。 3 . 3 模糊 P ID 控制 模糊控制、 神经网络控制和专家控制是目前智 能控制研究中最为活跃的 领域。智能控 制与常规 PI D 控制相结合, 形成了智能 P ID 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。它具有不依赖系统精确数学模型 的特点, 对系统的参数变化具有较好的鲁棒性。 本设计通过 P I D 控制器实现对系统的控制, 模 糊推理系统以误差 e 作为输入 , 采用模糊推理方法 对 PI D 参数 K p、 K i、 K d 进行在线整定, 以满足不同误 差 e 对控 制 器参 数 的要 求。 图 8 为 模 糊 PI D 控 制 的系 统 结构图。
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１ ． ２ 隶属 函数设 计
表 １ 模 糊 控 制器 查询 表
第１ ０ 卷
将 输入 论域 ｛一 ３ ， 一２ ， 一１ ， ０ ， １ ， ２， ３｝ 均转化 为 ｛ ０， １ ， ２ ， ３， ４， ５ ， ６ ｝ ， 则 地址 偏移 量 为 Ｅ×７＋ Ｅ Ｃ， 加 上 控 制 量 的基 址 ３ ０ ０， 则 控制 量地 址为 ３ ０ ０＋ Ｅ× ７＋ Ｅ Ｃ ．
该方 法。 系统能根据偏差 的大小 自动改变控 制量的大 小， 既可以解决 系统非线性的 问题 ， 又可以快速 、 准确地达到控 制 目
的． 用Ｐ Ｌ Ｃ进 行程序设计有 实现 方便 ， 修 改容 易， 可靠性 高的优 点． 从运行 曲线 可以看 出 系统采 用 Ｐ Ｉ Ｄ一 模糊控 制 器后 响
糊控制 ， 而偏差小于一定控制值 时切换到 Ｐ Ｉ Ｄ控制 ，
这 样 系统就 能根 据偏 差 的大小 改 变 控 制 量 的大 小 ， 既 可 以解 决 系统非 线性 的 问题 ， 又 可 以快 速 、 准确地 达到
控 制 目的．
采 用模 糊控 制和 Ｐ Ｉ Ｄ 控 制相 结 合 的控制 方 式 ， 控 制 双容 水箱 液位 ， 控 制 器 采用 西 门子 ｓ ７—２ ０ ０ Ｐ Ｌ Ｃ． 模 糊 控 制和 Ｐ Ｉ Ｄ控 制在 Ｐ Ｌ Ｃ上实 现具有 编 程简 单 、 参数 修 改 方便 、 抗 干 扰能力 强 的优点 ， 在实 际应 用 中取 得 了
Ｊ Ｂ Ｓ—Ｇ Ｋ ０ ４型 过 程 控 制 实 验 装 置 包 括 液 位 、 压
控 制方 法 ， 是 一种 非线 性控 制器 ， 对过程 参数 的变 化和
外 界扰 动适 应性 强． 模 糊控 制不 能完 全 消除 稳态 偏 差 ， 而 Ｐ Ｉ Ｄ 控制 器
力、 流量 、 温 度 ４个 典 型 控 制 参 数 ， 可 进 行 单 回路 、 串 级、 前馈 、 解耦 等控制 实验． 控 制器采 用西 门子 ｓ ７— ２ ０ ０ Ｐ Ｌ Ｃ， 上 位机 采 用 组 态 王 ６ ． ５ １和 ｓ ７—２ ０ ０编 程 软
覆盖 模糊论 域 的子 集 数 目应 当适 当 ， 较 多 时 虽 可
以提高控制精度 ， 但模糊规 制数 目相应地会增加得更
快， 致 使运 算量 大 幅增加 ． 综 合 以上 因素 Ｅ、 Ｅ Ｃ、 ＡＵ的 模糊 子集 选 为 ７档 ， 为 ＮＢ（ 负大） 、 Ｎ Ｍ（ 负 中） 、 Ｎ Ｓ （ 负
沈 阳工程 学院 学报 （自然科 学版 ） 难 以确 定 ， 可 根据 系统 响应 速度要 求 ， 选 择基 本论 域为 ［一 ５ ， ５ ］ ， 输出 △ 的基本 论域 为 ［一１ ０， １ ０］ ．综 合 控 制 精度 、 系统 的稳 定 性 、 算 法 的 复杂 程 度 等 方 面 因素 ， 模 糊化 后 Ｅ、 Ｅ Ｃ、 ＡＵ 的论 域均 为 ｛ 一３ ， 一２ ， 一１ ， ０ ， １ ，
较 好 的应用 效果 ．
１ 模 糊 控 制算 法 设 计
１ ． １ 论域设 计
图 １ 液 位 控 制 系统 工 液 位 实 际 值 的 偏 差 ｅ （ ｔ ） 及 偏 差 的变化 ｅ ｃ （ ｔ ） 作 为模 糊 控 制 器 的输 入 ， 控 制 量 变化 量Ａ ｕ （ ｔ ） 作为 模糊控 制器 的输 出． 偏差 ｅ （ ｔ ） 的基 本论 域取 ［ 一１ ０ ０ ， １ ０ ０ ］ ， 偏差 变化 率 ｅ ｃ （ ｔ ） 的实 际变 化 范 围
应速度加 快 ， 调 节 时 间 缩短 ， 调节过程更平稳 ， 同 时能 消除 稳 态偏 差 ． 关键词 ： Ｐ Ｉ Ｄ一模 糊 控 制 液 位控 制 Ｐ Ｌ Ｃ
中图分类 号 ： Ｔ Ｐ ２ ７ ３ ． ５
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１ ６ ７ ３—１ ６ ０ ３ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２— ０ １ ８ ５—０ ４
模 糊控 制 属 于智 能 控 制 的 范 畴 ， 是 在 总结 人 类 自
然 语 言概念 、 操 作经 验 的基 础上 ， 模 拟人类 智 能 的一种
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４— ０ ３—１ ０
作者简介 ： 张娜 （ １ ９ ８ ０一） ， 女， 辽 宁沈 阳人 ， 工程师 ， 硕士
第 ｌ Ｏ卷第 ２期
２ ０１ ４年 ４月
沈 阳工程 学 院学报 （自然科 学版 ） Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ）
Ｖ０ １ ． １ Ｏ Ｎｏ ． ２ Ａｐ ｒ ．２ ０ １ ４
基于 Ｐ Ｌ Ｃ的 Ｐ Ｉ Ｄ一模 糊 控 制 算 法在 水 箱 液 位 控 制 系统 中的应 用
张 娜
（ 沈 阳工 程学 院 自动 化 学院 ， 辽 宁 沈阳 １ １ ０ １ ３ ６）
摘 要 ：介 绍 了将 模 糊 控 制 与 Ｐ Ｉ Ｄ 控 制 相 结合 ， 进行双容 水箱液位控 制 ， 并用西 门子 ￥ ７ － ２ ０ ０ Ｐ Ｌ Ｃ 加 以 实现 的 方 法 ． 采用
能 解决 这一 问题 ， 如果 在 控 制 偏 差很 大 的时候 采用 模
件开发的人机操作界面． 液位控制是该控制装置 的一
部分 ， 系统 设 计 时 液 位 控 制 采 用 的是 Ｐ Ｉ Ｄ控制方式 ， 通 过改 变变 频 器 的输 出改变 水泵 的转 速来 实现 液位 的 控制． 工艺 流程 如 图 １ 所示．
小） 、 Ｚ Ｏ（ 零） 、 Ｐ Ｓ （ 正小 ） 、 Ｐ Ｍ（ 正中） ， Ｐ Ｂ（ 正大 ） ． 隶 属
函数 采用 三角 型隶 属 函数 ， 三 角 函数 的 解 析表 达 式 见 下式 ， Ｅ、 Ｅ Ｃ、 Ａ Ｕ的隶 属 函数如 图 ２所 示．