【正文】 制系統(tǒng)中，由于是以采樣周期對(duì)輸入和輸出狀態(tài)進(jìn)行差分方程表示： （20(){()()[()(1)]}kDpjTTukKekeeki??????5）其中，k采樣序號(hào)，k=0,1,2,…….；u(k) 第 k 次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值；e(k) 第 k 次采樣時(shí)刻的輸入的偏差值；e(k1) 第 (k1) 次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；KI積分系數(shù) K I= ；pTiKD積分系數(shù) K D = 。微分作用使控制作用于被控制量，從而與偏差未來變化趨勢(shì)形成近似的比例關(guān)系?？梢?，積分部分的作用可以消除系統(tǒng)的偏。故而比例系 Kp，選擇必須適當(dāng)，才能取得過渡時(shí)間少、靜差小而又穩(wěn)定。比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器PID 是常規(guī)調(diào)節(jié)器中性能最好的一種調(diào)節(jié)器。其傳遞函數(shù)為: （22）式中 T1為積分時(shí)間。但這種調(diào)節(jié)器的主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)有余差，且與比例度近似成正比。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 PID 控制技術(shù)。P I D 1下水槽磁力水泵P I D 2單片機(jī)單片機(jī) A 液位傳感器 2單片機(jī) A 液位傳感器 1上水槽圖 串級(jí) PID 控制系統(tǒng)原理圖 PID 控制器特點(diǎn)及其選擇在工業(yè)控制領(lǐng)域中，常用的控制算法有多種，如比例積分微分控制（proportionintegralderivative,簡(jiǎn)稱 PID，下同） 、串級(jí) PID 控制、模糊控制FPID (FUZZY ，模糊控制) 控制。上位機(jī)泵 / 電機(jī)上水箱下水箱液位 、 壓力 、流量檢測(cè)R S 2 3 2 V V V F圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方案當(dāng)采用單級(jí) PID 控制時(shí)，由于系統(tǒng)遲延較大，在下水箱出現(xiàn)正偏差、降負(fù)荷的初級(jí)階段，上水箱中的水位值已經(jīng)開始下降，但下水箱中的水位繼續(xù)上升，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性變差；基于上述現(xiàn)象的存在，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性呈現(xiàn)一種近似等幅振蕩狀態(tài)。 用 MATLAB 進(jìn)行 PID 控制的優(yōu)點(diǎn)MATLAB 具有強(qiáng)大、豐富的內(nèi)置函數(shù)，以及高度靈活的可編程性，特別適合數(shù)據(jù)處理以及結(jié)果的圖形化顯示，所以用 MATLAB 進(jìn)行 PID 控制能夠數(shù)據(jù)處理以及結(jié)果的圖形化顯示，能夠及實(shí)時(shí)掌握控制的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。而在常規(guī)串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于串級(jí) PID 控制系統(tǒng)具備較好的抗干擾能力、快速性、適應(yīng)性和控制質(zhì)量，對(duì)改善控制品質(zhì)有獨(dú)到之處，因而在生產(chǎn)過程控制中，應(yīng)用變得越來越廣泛。有利用 PID 控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn) PID 控制功能的可編程控制器(PLC)，還有可實(shí)現(xiàn) PID 控制的 PC系統(tǒng)等等。其中 PID 控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。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)反送回來影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。 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。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 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。 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。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。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。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)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。控制器的輸出經(jīng)過輸出接口﹑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)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。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)試過程 ......................................................