【正文】 tAA???15）可以看出，此式是最常見(jiàn)的一階微分方程，將其變?yōu)閭鬟f函數(shù)為（216）式中， ， 。2. 既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句（如 for 循環(huán)、while 循環(huán)、break 語(yǔ)句、if 語(yǔ)句和 switch 語(yǔ)句） ，又有面向?qū)ο蟮木幊烫匦浴ｉ_(kāi)始主程序子程序 1 子程序 2回路表 P I D 1和 P I D 2 的輸入2 0 0 m s 信號(hào)采集并轉(zhuǎn)換成工程量然后送至 P I D 回路表輸入值單元 , 經(jīng) P I D 處理后輸出圖 軟件控制流程圖本程序的主要任務(wù)是通過(guò)對(duì) PID 回路表的參數(shù)的獲取來(lái)完成水箱液位信號(hào)的采集和處理。 e0(1)=e0(2)。MATLAB 環(huán)境下的 SIMULINK 仿真是當(dāng)前眾多仿真軟件中功能最強(qiáng)大、最優(yōu)秀、最容易使用的一個(gè)用于系統(tǒng)建模、仿真和分析的動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境工具。開(kāi)始仿真。2 0 04 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 01 2 0 01 4 0 0 1 6 0 01 8 0 02 0 0 0002 04 06 08 01 0 01 2 01 4 0圖 控制的液位串級(jí)控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線當(dāng)被控制對(duì)象的傳遞函數(shù)將變化為 （3()??2）控制器的控制參數(shù)保持不變。臨界比例度法,其最大的優(yōu)點(diǎn)是，參數(shù)的整定不依賴受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，直接在現(xiàn)場(chǎng)整定、簡(jiǎn)單易行。Single Step:單步執(zhí)行函數(shù)。第五章 總結(jié)與展望 本文是一個(gè)應(yīng)用型的研究設(shè)計(jì)，其目的是通過(guò)用 MATLAB 算法編制的串級(jí) PID 去控制上下水箱的液位，使液位在有擾動(dòng)的時(shí)候可以自我達(dá)到預(yù)定的高度，實(shí)現(xiàn)液位的自平衡。4. 利用 echo 命令，使運(yùn)行時(shí)在屏幕上逐行顯示文件內(nèi)容：echo on 能顯示 M腳本文件；echo FunName on 能顯示 FunName 的 M 函數(shù)文件。 MATLAB 輸出途徑 MATLAB 的控制途徑是用 PC 機(jī)操作 MATLAB 環(huán)境下 SIMULINK 仿真界面，然后通過(guò) PC 機(jī)通訊接口 COM1 和現(xiàn)場(chǎng)液位系統(tǒng)的 RS232 接口來(lái)完成的。PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。它主要將通過(guò)傳感器將輸出 的信號(hào)，然后進(jìn)行對(duì)比得出偏差，跟系統(tǒng)設(shè)定值比較，達(dá)到液位自動(dòng)調(diào)整。PID 控制器的數(shù)學(xué)模型為： 01()()[()()]tp detutKetetTTi????（31）式中，e(t)——控制器輸入信號(hào)，一般為輸入信號(hào)與反饋信號(hào)之差；u(t)——控制器輸出信號(hào)，一般為給予受控對(duì)象的控制信號(hào)；Kp——控制器放大系數(shù)；Ti——控制器積分時(shí)間常數(shù)；Td——控制器微分時(shí)間常數(shù)根據(jù) PID 的數(shù)學(xué)模型和圖 串級(jí) PID 控制系統(tǒng)原理圖在圖 所示的操作里面尋找相應(yīng)的仿真模塊并建立系統(tǒng)的 SIMULINK 仿真模塊界面。4）輸入變量 u0 是含 2 個(gè)元素的向量，其中 u0（1）是表示前一周期 PID2 的輸出控制量，u0（2）表示本周期 PID2 的輸出控制量。ti2=2。一個(gè)指令可以接受任意多個(gè)輸入宗量，可以產(chǎn)生任意多個(gè)輸出宗量，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的需要。MATLAB 是國(guó)際公認(rèn)的優(yōu)秀數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件之一。被控量為液位高度 H1 它反映水的流入和流出量之間的平衡關(guān)系。正確合理地設(shè)計(jì)一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)是要其能充分發(fā)揮如上所述系統(tǒng)的各種特點(diǎn)。3. 以語(yǔ)言變量代替常規(guī)的數(shù)學(xué)變量，易于形成專家的“知識(shí)” 。2）積分部分 積分作用的引入主要是為了保證被控制量在穩(wěn)定時(shí)對(duì)設(shè)定值的靜差跟蹤。PID控制包括 PI 和 PD 控制，它的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制。 串級(jí) PID 控制的主要作用串級(jí) PID 控制在回路系統(tǒng)上增加了一個(gè)副回路，故使性能得到改善；首先，副被控變量檢測(cè)到擾動(dòng)的影響，并通過(guò)副回路的定值作用及時(shí)調(diào)節(jié)操縱變量，使副回路被控變量回復(fù)到副設(shè)定值，從而使擾動(dòng)對(duì)主被控變量的影響減少。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，則稱為負(fù)反饋( Negative Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。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。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。故本課題選用MATLAB 進(jìn)行 PID 控制。積分（PI）控制積分調(diào)節(jié)器由于加入了積分環(huán)節(jié)不僅可實(shí)現(xiàn)無(wú)余差，而且只要調(diào)節(jié)器的參數(shù) δ和 Ti 選擇的合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能。當(dāng) Ti較大時(shí)，則積分作用較弱，這時(shí)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程不易產(chǎn)生振蕩，但是消除偏差所需要的時(shí)間較長(zhǎng)；當(dāng) Ti較小時(shí)，則積分作用較強(qiáng)，這時(shí)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程中有可能會(huì)產(chǎn)生振蕩，但消除偏差所需要的時(shí)間較短。主回路中的調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，作為系統(tǒng)的主被控變量，又稱主對(duì)象；副回路中的調(diào)節(jié)器稱副調(diào)節(jié)器，控制對(duì)象為副被控變量，又稱副對(duì)象，它的輸出是一個(gè)輔助的控制變量。通過(guò)對(duì)傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)采集，由控制器對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，運(yùn)算結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)采集，經(jīng)通訊接口，傳遞給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)去控制磁力泵，從而達(dá)到控制水箱液位控制的作用。012HKk????????0112HTAk???????從傳遞函數(shù)可以看出，單水箱對(duì)象為一階慣性環(huán)節(jié)。3. 圖形功能強(qiáng)大。故本程序總共有兩個(gè)子程序；子程序 1 完成兩個(gè) PID 回路表的參數(shù)的獲??；子程序 2 負(fù)責(zé)液位信號(hào)的采集,同時(shí)通過(guò) PID 指令完成對(duì)采集到的信號(hào)偏差的處理。 e0(2)=e0(3)。采用 MATLAB 軟件不僅可以實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況，也可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，直觀地顯示出系統(tǒng)的狀態(tài)，還可以在不修改程序的情況下對(duì)系統(tǒng)的一些主要的參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整。整個(gè)系統(tǒng)的 SIMULINK 仿真模塊可以由一下三步驟來(lái)完成。PID 控制的液位串級(jí)控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線如圖 中的曲線 2 所示。利用該方法進(jìn)行 PID 控制器參數(shù)的整定步驟如下：1. 待系統(tǒng)穩(wěn)定后，將調(diào)節(jié)器置于純比例 P 控制。Setp In:深入下層局部工作區(qū)?，F(xiàn)在的液位控制系統(tǒng)有很多種，本設(shè)計(jì)采用基于 MATLAB 的串級(jí) PID 控制主要是因?yàn)?，與傳統(tǒng)的液位控制系統(tǒng)相比系統(tǒng)可靠實(shí)用，與其它現(xiàn)代的控制系統(tǒng)相比其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，信價(jià)比較高。這樣，可以查詢 函數(shù)空間并按照需要改變其值。軟件要求：適用在 Windows95①Windows95/Windows98/ 系統(tǒng)下安裝。本設(shè)計(jì)采用工程整定方法。圖 主副回路偏差運(yùn)算的仿真模塊這部分主要由 ScopeTranser FClock、 To Workpack 組成。1）開(kāi)始建模. 我們應(yīng)該將傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)化 MATLAB 環(huán)境下 SIMULINK 的仿真模塊。3）輸入變量 e（0）是含 6 個(gè)元素的向量，其中 e0（1） 、e0（2）和 e0（3）用于存放 PID1 的第（k2） 、 （k1）和（k）次的偏差，e0（4） 、e0（5）和 e0（6）用與存放 PID2 的第（k2） 、 （k1）和（k）次的偏差。td2=。在函數(shù)方面指令被進(jìn)一步“柔性化” 。MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)，工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來(lái)解算問(wèn)題要比用 C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言簡(jiǎn)捷得多。水的流入量 Qi 由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度 μ 加以控制，流出量 Qo1 由用戶根據(jù)需要通過(guò)負(fù)載閥 R 來(lái)改變。串級(jí)的 PID 系統(tǒng)由主回路和副回路組成，它是改善和提高控制品質(zhì)的一種極為有效的控制方案，與單回路反饋控制系統(tǒng)比較，由于在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上多了一個(gè)副回路，所以改善了過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性、提高了系統(tǒng)工作頻率、具有較強(qiáng)的抗擾動(dòng)能力和一定的自適應(yīng)能力。2. 控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，適應(yīng)于解決常規(guī)控制難于解決的非線形、時(shí)變及純滯后等問(wèn)題。故而比例系 Kp，選擇必須適當(dāng)，才能取得過(guò)渡時(shí)間少、靜差小而又穩(wěn)定。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(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 PID 控制技術(shù)。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(guò)程控制中，應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛。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)。 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。控制器的輸出經(jīng)過(guò)