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1、题 目 基于MCGS的水箱液位的自适应 PID控制 系： 专业： 自动化 班级：学生姓名： 导师姓名： 村民建房委员会应建立村级农房建设质量安全监督制度和巡查制度，选聘有责任心和具有一定施工技术常识的村民作为义务巡查监督员，开展经常性的巡查和督查。诚 信 声 明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名： 日期： 年 月 日一、
2、 基本任务及要求： 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，侧输入模糊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，其输出侧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。二、 进度安排及完成时间：1、 第一周至第三周：明确课题任务及要求，搜集课题所需资料，掌握资料查阅方法，了解本课题研究现状、存在问题及研究的实际意义。2、 第三周：查阅相关资料，自学相关内容，确定课题总体方案，分配课题任务， 确定个人研究重点，做好选题报告。 3、
3、第四周至第五周：根据自己研究的方向，确定自己的总体设计方案，根据对象特性进行 各种控制方法的研究，并设计硬件总体模块图及软件模块图。4、 第六周至第十二周：完成系统的控制方法研究，软、硬件设计。5、 第十三周至第十四周：系统仿真及调试。6、 第十五周至第十六周：整理资料，完成毕业论文编写，进行毕业答辩。摘 要随着时代的发展，水箱控制系统在国内各行各业的应用已经十分广泛，水箱的控制可以作为研究更为复杂的非线性系统的基础，又具有较强的理论性，属于应用基础研究。同时，它具有较强的综合性，涉及控制原理、智能控制、流体力学等多个学科。水箱控制系统是著名的智能实验设备之一，在国外很多大学和实验室都已得到了
4、广泛的应用，国内也有包括清华大学、浙江大学、吉林大学等高校。本文通过实验法建立水箱的一般数学模型，通过分析被控对象的特性，学习和了解PID算法及串级控制的工作原理，然后设计了PID 控制器，在 Matlab/Simulink 环境下建立水箱控制的仿真模型，对 PID控制算法进行仿真研究，通过仿真实验，证明该设计方法可行性，证明该算法是正确的和有效的。在本次实验我学到很多相关的专业知识内容，并通过实验仿真，准确控制了水箱的液位，达到实验目的。关键词：水箱, 实验法建模, PID 控制 IABSTRACTWith the development, dual tank water control s
5、ystem in the application of domestic industries has been very extensive, two-tank control of more complex as the basis for nonlinear systems, but also has a strong theoretical, are Applied basic research. At the same time, it has a strong comprehensive, involving control theory, intelligent control,
6、 fluid mechanics and other disciplines. Dual tank control system is one of the famous intelligence test equipment, in many foreign universities and laboratories have been widely used, also including China, Tsinghua University, Zhejiang University, Jilin University and other universities.In this pape
7、r, two-tank experiment to establish a general mathematical model, by analyzing the characteristics of controlled object, learning and understanding of the PID algorithm and cascade control works, PID controller is then designed in Matlab / Simulink environment to establish control of two-tank simula
8、tion model，Simulation of the PID control algorithm is studied through simulation experiments show the feasibility of the design method, the algorithm is proved correct and effective.In this experiment, I learned a lot of content related professional knowledge, and through experimental simulation, ac
9、curate control of the dual-tank liquid level, to achieve purpose of the experiment.KEY WORDS: Two tanks, Experiment modeling, PID controlIII目 录目 录1 绪 论11.1 课题的提出11.2 国内外研究现状11.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状31.3 过程控制的发展过程31.3.1 过程控制的发展31.3.2 过程控制策略与算法的进展41.3.3 传统过程控制存在的问题51.3.4 过程控制的发展趋势61.4 控制理论的发展61.5 研究目
10、的81.6 本章小结82 水箱的数学建模92.1 数学模型的介绍92.2 数学模型的建立92.2.1 机理法92.2.2 实验法102.3 本文中水箱液位数学模型的建立112.3.1 系统介绍112.3.2 建立步骤122.3.3 实验数据132.4 本章小结143 PID控制理论153.1 PID控制理论的发展与现状153.2 PID控制原理及特点153.2.1 PID控制原理153.2.2 PID参数的整定方法173.3 PID参数对系统性能的影响183.4 本章小结184 系统仿真214.1 Matlab/Simulink简介214.2 利用Matlab语言中的Simlink工具箱进行仿
11、真实验214.3 本章小结245 总 结25致 谢27参考文献29 V1 绪 论1 绪 论1.1 课题的提出 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。而实际工业生产过程中的被控对象往往具有非线性、时线性、时延对象的先进控制策略，提高系统的控制水平，具有重要的实际意义。每一个先进、实用的控制算法的出现都对工业生产具有巨大的推动作用。然而，当前的学术研究成果与实际生产应用技术水平并不是同步的，甚至相差几十年。在我国，越是高深的、先进的控制理论，其研究越是局限于少数科研院所的狭小范围内，也越是远离了国民生产这个应用基地。最近几年，国内一些控制领
12、域已接近甚或超越了国际水平，然而，就先进理论应用于工业生产等领域的状况来讲，与发达国家相比却存在较大差距。其原因固然是多方面的。 但是， 一个很明显的原因就是在于理论研究尚缺乏实际背景的支持，理论的算法一旦应用于现场就会遇到各种各样的实际问题，制约了其应用前景。在目前尚不具有在实验室中复现真实工业过程条件的今天， 开发经济实用的具有典型对象特性的实验装置无疑是一条探索将理论成果转化为应用技术的捷径。 本文所提及的水箱液位控制系统是我们在参考国内外实验装置并充分考虑性能价格比的基础上，自行设计的一种可以模拟多种对象特性的实验装置。该装置是进行控制理论与控制工程教学、实验和研究的理想平台，可以方便
13、的构成多阶系统。对象，用户既可通过经典的PID控制器设计与调试，完成经典控制教学实验，也可通过模糊逻辑控制器的设计与调试，进行智能控制教学实验与研究。 水箱是较为典型的非线性、时延对象，工业上许多被控对象的整体或局部都可以抽象成水箱的数学模型，具有很强的代表性，有较强的工业背景，对水箱数学模型的建立是非常有意义的。同时，水箱的数学建模以及控制策略的研究对工业生产中液位控制系统的研究有指导意义，例如工业锅炉、结晶器液位控制。而且，水箱的控制可以作为研究更为复杂的非线性系统的基础，又具有较强的理论性，属于应用基础研究。同时，它具有较强的综合性，涉及控制原理、智能控制、流体力学等多个学科。1.2 国
14、内外研究现状 随着人们生活质量的提高和环境的变化，“水”已经成为人们关注的对象！不管是生活用水，是工业用水，这都牵扯水的过程控制问题。将PID算法运用到水位控制系统中，不仅可以解决水塔的自动化给水问而且还可以合理、安全、节约的使用水资源，近而使居民安居乐业，使我国工业自动化不断的向前发展！1.2.1 国外研究现状德国 Amira 自动化公司研制的水箱系统是著名的智能实验设备之一， 在国外很多大学和实验室都已得到了广泛的应用，国内也有包括清华大学、浙江大学、吉林大学等高校引进了 Amira 公司研制的水箱过程控制实验装置。但是，由于德国Amira 自动化公司研制的水箱系统价格太高，给购置这个实验
15、设备带来很多困难。也正是受其高价格的限制，目前，国内只是少数高校的部分实验室引进了这个设备，给基于水箱系统的算法研究和仿真带来了困难。液位控制系统一般指工业生产过程中自动控制系统的被控变量为液位的系统。在生产过程中，对液位的相关参数进行控制，使其保持为一定值或按一定规律变化，以保证质量和生产安全，使生产自动进行下去。液位过程参数的变化不但受到过程内部条件的影响，也受外界条件的影响，而且影响生产过程的参数一般不止一个，在过程中的作用也不同，这就增加了对过程参数进行控制的复杂性，或者控制起来相当困难，因此形成了过程控制的下列特点：(1)对象存在滞后热工生产大多是在庞大的生产设备内进行，对象的储存能力大，惯性也较大，设备内介质的流动或热量传
