【正文】 湖北文理學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)( 論文) 正文題 目 基于 MATLAB的串級(jí) PID控制系統(tǒng)專(zhuān) 業(yè) 機(jī)電一體化工程班 級(jí) 機(jī)電 0811 班姓 名 姜鵬學(xué) 號(hào) 08862095指導(dǎo)教師職 稱(chēng)2022 年 4 月 20 日摘 要本文是用 MATLAB 編制算法程序的串級(jí) PID 去實(shí)現(xiàn)對(duì)上下水箱的液位控制。首先對(duì)水箱進(jìn)行抽象化，建立其數(shù)學(xué)模型，通過(guò)控制工程的知識(shí)求出傳遞函數(shù)，對(duì)系統(tǒng)模型和結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)出 MATLAB 的控制程序；然后用串級(jí) PID 控制系統(tǒng)去控制這個(gè)經(jīng)典的水位控制系統(tǒng)，在處理水位的自平衡問(wèn)題時(shí)，用 MATLAB 作為上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和動(dòng)畫(huà)仿真，可以直觀地知道系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，也可以獲得實(shí)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)以及其曲線(xiàn)圖；然后通過(guò)調(diào)整參數(shù)，能使水位在有擾動(dòng)的情況下能快速、穩(wěn)定、精確地對(duì)其產(chǎn)生響應(yīng)，從而達(dá)到水位的自平衡。關(guān)鍵詞： MATLAB，PID 控制，液位，串級(jí)控制AbstractThis article was piled using MATLAB algorithm procedures Cascade PID to realize right next to the water level control. First of water abstract and establish a mathematical model, controlling the knowledge obtained transfer function, on the system and structure of the model analysis to the MATLAB design control procedures。 Then Cascade PID control system to control the water level in the classical control systems, the water level in the selfbalancing issue, Using MATLAB as a PC monitor and control the system simulation and animation, can intuitively know the system running, also get realtime operating data, and historical data, as well as its curve。 then by adjusting parameters, make water in the case of disturbances can be fast, stable and accurate response to their produce, and thereby achieve the level of selfbalanced. Keywords: MATLAB, the PID control, the liquid position, cascade control文獻(xiàn)綜述目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。所謂的工業(yè)自動(dòng)化就是在沒(méi)有人直接參與的情況下，通過(guò)自動(dòng)控制裝置或系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程、工藝參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)品要求等進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)節(jié)與控制，使之達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)。所以控制理論的發(fā)展成為了發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化化關(guān)鍵。其中控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)又可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。1. 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)(openloop control system)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量)對(duì)控制器(controller)的輸出沒(méi)有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴(lài)將被控量反送回來(lái)以形成任何閉環(huán)回路。2. 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)(closedloop control system)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來(lái)影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱(chēng)為負(fù)反饋( Negative Feedback)，若極性相同，則稱(chēng)為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱(chēng)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過(guò)不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒(méi)有眼睛，就沒(méi)有了反饋回路，也就成了一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。另外，當(dāng)一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源，它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹑輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過(guò)輸出接口﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過(guò)傳感器，變送器，通過(guò)輸入接口送到控制器。其中 PID 控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過(guò)智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于 PID 控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、控制效果好等特點(diǎn)；是目前過(guò)程控制中使用最廣泛的調(diào)節(jié)方式；在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。如機(jī)械制造業(yè)、煉鐵（剛） 、造紙、制藥等等。目錄第一章 緒論 .......................................................................1 串級(jí) PID 控制的研究現(xiàn)狀及意義 .................................................1 串級(jí) PID 控制的主要作用 .......................................................1 用 MATLAB 進(jìn)行 PID 控制的優(yōu)點(diǎn) ..................................................1第二章 硬件的設(shè)計(jì) .................................................................2 系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方案 .........................................................2 PID 控制器特點(diǎn)及其選擇 .......................................................2 PID 控制器 ...............................................................3 模糊控制（FPID） ........................................................6 串級(jí) PID 控制器 ..........................................................6 串級(jí) PID 的選擇 ...............................................................7 液位系統(tǒng) .....................................................................7 控制系統(tǒng)建模 .................................................................8 水箱液位的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 ...................................................8 液位系統(tǒng)的硬件選型 ..........................................................11第三章 軟件設(shè)計(jì) ..................................................................13 MATLAB 軟件 .................................................................13 MATLAB 的主要特點(diǎn) .......................................................13 新增功能 .....................................................13 軟件流程圖 ..................................................................14 PID 指令的調(diào)用 ..............................................................14 MATLAB 程序設(shè)計(jì) .............................................................15 MATLAB 環(huán)境下的 SIMULINK 仿真 ................................................16 MATLAB 軟件操作界面總圖 .................................................16 SIMULINK 仿真 ...........................................................17第四章 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 ..........................................................25 參數(shù)的整定 ...............................................................25 MATLAB 的調(diào)試過(guò)程 ...........................................................26 安裝 的空間要求 ................................................26 MATLAB 輸出途徑 ..