課程設計（論文）-基于matlab的雙容水箱液位pid控制

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1、基于MATLAB的雙容水箱液位PID控制姓名：＿＿＿＿＿＿＿班級：自動化1309班＿＿＿＿學號：＿＿＿＿＿＿＿日期：2016.11.10—2016.11.30基于MATLAB的雙容水箱液位PID控制摘要控制系統(tǒng)的計算機仿真是一門涉及理論、計算數(shù)學與計算機技術(shù)的綜合性學科?？刂葡到y(tǒng)的計算機仿真以控制系統(tǒng)的模型為基礎(chǔ)，采用數(shù)學模型代替實際的控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，以計算機為工具，對控制系統(tǒng)進行實驗和研究的一種方法。本文是對雙容水箱的PID液位控制系統(tǒng)的仿真，主要內(nèi)容包括：對水箱的特性確定，建立液位控制系統(tǒng)的水箱數(shù)學模型，設計出了串級控

2、制系統(tǒng)，針對所選液位控制系統(tǒng)選擇合適的PID算法。用MATLAB/Simulink建立液位控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器分別采用P、PI、PD、PID控制系統(tǒng)，通過仿真比較了各控制器的不同之處，以及各個參數(shù)的控制作用和性能的比較，對得到的仿真曲線進行分析，總結(jié)了參數(shù)變法對系統(tǒng)性能的影響。關(guān)鍵字：MATLAB/SimulinkPID液位控制系統(tǒng)II目錄摘要I一緒論11.1過程控制概述11.2過程計算機控制系統(tǒng)概述11.3PID控制器概述21.4MATLAB軟件介紹2二控制系統(tǒng)建模4三PID調(diào)節(jié)參數(shù)整定及MATLAB仿真63.1P調(diào)節(jié)63.2P

3、I調(diào)節(jié)93.3PD調(diào)節(jié)123.4PID調(diào)節(jié)16四結(jié)論19參考文獻21II一緒論1.1過程控制概述??過程控制是通過各種檢測儀表、控制儀表（包括電動儀表和氣動儀表，模擬儀表和智能儀表）和電子計算機（看作一臺儀表）等自動化技術(shù)工具，對整個生產(chǎn)過程進行自動檢測、自動監(jiān)督和自動控制。一個過程控制系統(tǒng)是由被控過程和過程檢測儀表兩部分組成的。過程檢測控制儀表包括檢測元件、變送器、調(diào)節(jié)器（包括計算機）、調(diào)節(jié)閥等。過程控制系統(tǒng)的設計是根據(jù)工業(yè)過程的特性和工藝要求，通過選用過程檢測控制儀表構(gòu)成系統(tǒng)，再通過PID參數(shù)的整定，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的最佳控

4、制。過程控制有以下特點：它是連續(xù)生產(chǎn)過程的自動控制；被控過程是多種多樣、非電量的；過程控制的控制過程多屬慢過程，而且多半為參量控制；過程控制方案十分豐富。1.2過程計算機控制系統(tǒng)概述現(xiàn)代化過程工業(yè)向著大型化和連續(xù)化的方向發(fā)展，生產(chǎn)過程也隨之日趨復雜，而對生產(chǎn)質(zhì)量﹑經(jīng)濟效益的要求，對生產(chǎn)的安全、可靠性要求以及對生態(tài)環(huán)境保護的要求卻越來越高。不僅如此，生產(chǎn)的安全性和可靠性，生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益都成為衡量當今自動控制水平的重要指標。因此繼續(xù)采用常規(guī)的調(diào)節(jié)儀表（模擬式與數(shù)字式）已經(jīng)不能滿足對現(xiàn)代化過程工業(yè)的控制要求。由于計算機具有運算速

5、度快﹑精度高﹑存儲量大﹑編程靈活以及具有很強的通信能力等特點，目前以微處理器﹑單片微處理器為核心的工業(yè)控制幾與數(shù)字調(diào)節(jié)器—過程計算機設備，正逐步取代模擬調(diào)節(jié)器，在過程控制中得到十分廣泛的作用。?在系統(tǒng)中，由于計算機只能處理數(shù)字信號，因而給定值和反饋量要先經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，才能輸入計算機。當計算機接受了給定值和反饋量后，依照偏差值，按某種控制規(guī)律（PID）進行運算，計算結(jié)果再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出到執(zhí)行機構(gòu)，從而完成對系統(tǒng)的控制作用。211.3PID控制器概述在過程控制中，按偏差的比例（P）

6、、積分（I）和微分（D）進行控制的PID控制器（亦稱PID調(diào)節(jié)器）是應用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易于實現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點；而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象──“一階滯后+純滯后”與“二階滯后+純滯后”的控制對象，PID控制器是一種最優(yōu)控制?？刂泣c目前包含三種比較簡單的PID控制算法，分別是：增量式算法，位置式算法，微分先行。這三種PID算法雖然簡單，但各有特點，基本上能滿足一般控制的大多數(shù)要求。(1)比例系數(shù)KP對系統(tǒng)性能的影響：比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動作靈敏

7、，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。KP偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長。KP太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。KP太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。KP可以選負數(shù)，這主要是由執(zhí)行機構(gòu)、傳感器以控制對象的特性決定的。如果KC的符號選擇不當對象狀態(tài)(pv值)就會離控制目標的狀態(tài)(sv值)越來越遠，如果出現(xiàn)這樣的情況Ｋp的符號就一定要取反。(2)積分控制Ti對系統(tǒng)性能的影響：積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，Ti?。ǚe分作用強）會使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。(3)微分控制Td對系統(tǒng)性能的影響：微分作用可以改善動態(tài)特性，Td偏大時，超調(diào)量

8、較大，調(diào)節(jié)時間較短。Td偏小時，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時間也較長。只有Td合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時間。1.4MATLAB軟件介紹MATLAB軟件是由美國MathWorks公司開發(fā)的，是目前國際上最流行、應用最廣泛的科學與工程計算軟件，它廣泛應用于自動控制、數(shù)學運算、信號