【正文】 的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。Kp 越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。Kp 取值過小，則會(huì)降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而延長調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性變壞。（2）積分作用系數(shù) Ki 的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。Ki 越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差消除越快，但 Ki 過大，在響應(yīng)過程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)。若 Ki 過小，將使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。（3）微分作用系數(shù) Kd 的作用是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。其作用主要是能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢。并能在偏差信號(hào)值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。 PID 參數(shù)的整定方法采用 PID 控制器時(shí)，最關(guān)鍵的問題就是確定 PID 控制器中比例度 Kp、積分時(shí)間 Ti和微分時(shí)間 Td。一般可以通過理論計(jì)算來確定這些參數(shù)，但往往有誤差，不能達(dá)到理想的控制效果。因此，目前，應(yīng)用最多的有工程整定法 ???：（1）經(jīng)驗(yàn)法（2）衰減曲線法（3）反應(yīng)曲線法（4）臨界比例度法在本設(shè)計(jì)中，我們采用了 ZN 法整定 PID 參數(shù)來進(jìn)行 PID 參數(shù)的整定，所以下面重點(diǎn)介紹該方法。ZieglerNichols 整定算法：ZieglerNichols 整定公式是基于帶有延遲的一階傳遞函數(shù)模型提出的，這樣的對遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁象模式可以表示為： （）??eTSkGLS???1在實(shí)際的過程控制系統(tǒng)中，有大量的對象模型可以近似地由這樣的一階傳遞函數(shù)模型來表示，如果不能物理地建立起系統(tǒng)的模型，我們還可以由實(shí)驗(yàn)提取相應(yīng)的模型參數(shù)。如果可以通過實(shí)驗(yàn)測取對象模型的階躍響應(yīng)，則輸出信號(hào)可以由圖 中給出的草圖形狀來近似。這樣我們可以通過這樣的草圖獲取 k ， L 與 T 參數(shù)。由圖 可以看出，我們還可以由 來求取 參數(shù)。如果獲得了 L 與 參數(shù)，在可以通過表TkL??? 中給出的公式確定 PID 控制器。表 ZieglerNichols 整定公式由階躍響應(yīng)整定控制器類型Kp Ti TdP（key=1） 1/?PI（key=2 ） PID（key=3）遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁圖 時(shí)域響應(yīng)圖在 SIMULINK 環(huán)境中建立常規(guī) PID 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ???，如圖 所示。圖 常規(guī) PID 系統(tǒng)框圖未連入 PID 控制器時(shí)的系統(tǒng)仿真及其性能指標(biāo)如下圖：遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 24 頁圖 無 PID 控制響應(yīng)曲線可見，未調(diào)節(jié)時(shí)的系統(tǒng)性能有待提高，需設(shè)計(jì) PID 控制器連入。對照圖 ，我們可以相應(yīng)的求出 K=120；L=17；T=223。由 來求取 參數(shù)， =，再通過表 的整定公式確定 PID 三個(gè)參數(shù)依Tk???次為：Kp =； Ti=34； Td=；得到如圖 ：圖 ZN 法響應(yīng)曲線由圖 分析可得，由于 ZN 法響應(yīng)曲線雖然上升時(shí)間較快，但超調(diào)大，很不理想，因此根據(jù) Kp、Ki 、Kd 對系統(tǒng)特性的影響，調(diào)整 Kp=，Ki =，Kd=，其遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁輸出曲線如圖 所示，通過兩者的比較可知，調(diào)整后的響應(yīng)曲線超調(diào)相對減小且穩(wěn)態(tài)特性比較好。圖 調(diào)整后的階躍響應(yīng)曲線 模糊自整定 PID 在雙容水箱液位系統(tǒng)中的應(yīng)用 模糊 PID 控制器的設(shè)計(jì) 模糊控制器的輸入為誤差和誤差變化率：誤差 e=ry，誤差變化率 ec=de/dt，其中r 和 y 分別為液位的給定值和測量值。把誤差和誤差變化率的精確值進(jìn)行模糊化變成模糊量 E 和 EC，從而得到誤差 E 和誤差變化率 EC 的模糊語言集合，然后由 E 和 EC 模糊語言的的子集和模糊控制規(guī)則 R（模糊關(guān)系矩陣）根據(jù)合成推理規(guī)則進(jìn)行模糊決策，這樣就可以得到模糊控制向量 U，最后再把模糊量解模糊轉(zhuǎn)換為精確量 u，再經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換為模擬量去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作 ???。圖 模擬模糊控制系統(tǒng)遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 26 頁從仿真曲線和性能指標(biāo)可以看出，與常規(guī)的 PID 控制相比，模糊 PID 控制器能使系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)減小，反應(yīng)時(shí)間加快。尤其是在系統(tǒng)具有延遲的模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)不確定的情況下，模糊 PID 控制具有更佳的控制效果 模糊控制部分（1）模糊集及論域定義首先，模糊自整定 PID 為 2 輸入 3 輸出的模糊控制器，因此需要增加一個(gè)輸入兩個(gè)輸出。該模糊控制器是以|e|和|ec |為輸入語言變量，Kp、Ki、Kd 為輸出語言變量，其各語言變量的論域如下：誤差絕對值：e ={0，3，6，10} ；誤差變化率絕對值：ec={0，2，4，6}；輸出 Kp：Up={0， ，}；輸出 Ki：Ui={0 ， ，}；輸出 Kd：Ud={0，3，6， 9}。（2）語言變量值域的選?。狠斎胝Z言變量|e|和|ec|的值域取值“大”（B）、“中”（M）、“小”（S ）和“零”（Z ） 4 種；輸出語言變量 Kp、Ki、Kd 的值域取值為“很大”（VB）、 “大”（B）、 “中 ”（M ）、“ 小”（S ） 4 種。E 的隸屬度函數(shù)圖形如下：圖 E 的隸屬度函數(shù)EC 的隸屬度函數(shù)圖形如下：遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁圖 EC 的隸屬度函數(shù)Kp 的隸屬度函數(shù)圖形如下：圖 Kp 的隸屬度函數(shù)Ki 的隸屬度函數(shù)圖形如下：遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 28 頁圖 Ki 的隸屬度函數(shù)Kd 的隸屬度函數(shù)圖形如下：圖 Kd 的隸屬度函數(shù)（3）模糊控制規(guī)則根據(jù) PID 參數(shù)整定原則及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可列出輸出變量 Kp、Ki、Kd 的控制規(guī)則表。參數(shù) Kp 的整定規(guī)則：表 參數(shù) Kp 的整定E ECB M S ZB B M B BM VB B VB VB遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁S VB B VB BZ VB B B S參數(shù) Ki 的整定規(guī)則：表 參數(shù) Ki 的整定E ECB M S ZB S M B VBM S M VB VBS S S VB VBZ S S VB VB參數(shù) Kd 的整定規(guī)則：表 參數(shù) Kd 的整定E ECB M S ZB S S S SM M M M MS M M M MZ VB VB VB VB 仿真結(jié)果與分析采用了 Matlab 的 Simulink 工具箱和 Fuzzy 工具箱進(jìn)行了系統(tǒng)仿真，其中系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為: ??14032)(??ssG其中 Simulink 的仿真計(jì)算圖如下：遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 30 頁圖 常規(guī) PID 與模糊 PID 系統(tǒng)框圖圖 給出了該控制器作用下系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。圖中實(shí)線表示模糊 PID控制器作用下的仿真結(jié)果；虛線代表 PID 單獨(dú)作用下的仿真結(jié)構(gòu)。遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 31 頁圖 模糊 PID 控制單位階躍響應(yīng)曲線從仿真曲線和性能指標(biāo)可以看出，與常規(guī)的 PID 控制相比，模糊 PID 控制器能使系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)減小，反應(yīng)時(shí)間加快。模糊 PID 控制具有更佳的控制效果。遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 32 頁結(jié) 論水箱液位控制系統(tǒng)是模擬現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中對液位等參數(shù)進(jìn)行測量、控制，觀察其變化特性，研究過程控制規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置，具有過程控制動(dòng)態(tài)過程的一般特性：大慣性、大時(shí)滯、非線性，難以對其進(jìn)行精確描述，這些特性和工業(yè)控制過程十分類似，因而成為研究控制理論的理想實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本文所做的主要工作概括如下：（1）介紹了液位控制系統(tǒng)，PID 控制器，模糊控制的背景及發(fā)展過程。（2）對液位控制系統(tǒng)進(jìn)行講解，并通過其原理及構(gòu)成的了解進(jìn)一步推出雙容水箱液位控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。（3）對雙容水箱液位控制系統(tǒng) PID 控制，模糊 PID 控制進(jìn)行介紹及仿真由于個(gè)人水平有限，本文主要對模糊 PID 控制算法做了簡單的研究工作。其中模糊控制器的設(shè)計(jì)主要是基于本人的經(jīng)驗(yàn)和偏好，另外，由于模糊規(guī)則過多會(huì)嚴(yán)重影響仿真的速度，為保證對液位狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，只選用了一定數(shù)量的模糊規(guī)則，這就使得模糊規(guī)則有一定的跳躍性。本文在研究模糊 PID 控制算法時(shí)只選取了雙容水箱作為控制對象，具有一定的局限性，與實(shí)際工業(yè)控制系統(tǒng)的各種復(fù)雜情況存在著一段距離。今后可以對高階對象、非線性及引入復(fù)雜干擾等情況做進(jìn)一步的研究。遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 33 頁致 謝經(jīng)過近三個(gè)月的設(shè)計(jì)，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于得以出稿。首先要感謝我的指導(dǎo)老師陳明老師，感謝陳老師的悉心指導(dǎo)，使我受益良多，同時(shí)深知學(xué)無止境；同時(shí)還要感謝陳老師的寬容與大度，使學(xué)生慚愧不已，在此向陳老師致歉。陳老師的學(xué)識(shí)水平讓學(xué)生佩服不已，她的人格魅力讓學(xué)生在無言中領(lǐng)悟到了許多做人的道理。學(xué)生在此由衷地向陳老師致謝。在這里，我還要由衷地感謝大學(xué)四年我所有的老師和領(lǐng)導(dǎo)，感謝你們對我的引導(dǎo)，感謝你們兢兢業(yè)業(yè)的工作，感謝你們偉大的付出，正是因?yàn)橛辛四銈兊呐Γ瑢W(xué)生才得以不斷成長，在知識(shí)的殿堂中漫步，在人生的天空中翱翔！在這里我深深的鞠一躬，衷心地向你們說一聲“謝謝”！感謝你們！學(xué)生將銘記你們的教誨，越發(fā)的努力，學(xué)生一定不會(huì)讓你們失望！最后祝愿各位老師、各位領(lǐng)導(dǎo)在今后的日子里工作順利、合家安康、桃李滿天下！遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 34 頁參考文獻(xiàn)??? 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