智能pid算法在液位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用畢業(yè)論文(參考版)
2025-05-23 09:29本頁(yè)面
【正文】 最后感謝學(xué)院這四年對(duì)我的精心教育，感謝所有老師的辛勤勞作，是他們讓我學(xué)到了很多知識(shí)，是他們的嚴(yán)格要求和諄諄教導(dǎo)讓我能夠成為一名合格的大學(xué)畢業(yè)生，從而讓我在 人生的長(zhǎng)路上向前邁進(jìn)一大步。老師在論文寫(xiě)作中不斷的給予我鼓勵(lì)使得我有信心能夠完成此論文。 與常規(guī)的 PID 控制 的 響應(yīng) 曲線(xiàn) 相比 ，該 算法的響應(yīng)曲 線(xiàn)能夠滿(mǎn)足 工業(yè)控制 要 求的控制曲線(xiàn)， 降低系統(tǒng)的震動(dòng) ，減 少 調(diào)節(jié)時(shí)間和動(dòng)態(tài)誤差，且其抗干擾能力也大大 增強(qiáng) [17]。 將智能 PID 控制算法使用到 液位控制 系統(tǒng)后，系統(tǒng)的 響應(yīng)變快 、超調(diào) 量減 小、水位 容易 穩(wěn)定并具有 良好 的控制精度、滿(mǎn)足了液位控制中的實(shí)際 要求， 獲 得了 非常好 的控制效果。圖 15 中，采用智能算法后，系統(tǒng)的震蕩明顯減小，且較常規(guī) PID 系統(tǒng)很快的達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo)，兩個(gè)結(jié)果相比較，很容易發(fā)現(xiàn)采用智能算法后系統(tǒng)的性能得到了優(yōu)化，這有助于解決實(shí)際液位 系統(tǒng)中液位難以控制，滯后性大等等問(wèn)題 [15]。 然后，在 Simulink 庫(kù)選擇模塊的控制系統(tǒng)，方法同傳統(tǒng)的 PID控制模型，注意模塊參 數(shù)變化及其之間的連接，如圖 13所示的是系統(tǒng)控制模型的建立 ，可以明顯的看出與常規(guī) PID控制的不同，就是它對(duì)三個(gè)參數(shù)的調(diào)整，從而達(dá)到更好的響應(yīng)效果。 圖 11 Membership Function Editor 15 下一步是添加一個(gè)規(guī)則，在上圖中點(diǎn)擊添加規(guī)則，從而給算法添加相 應(yīng)的規(guī)則，該模型的 49個(gè)規(guī)則都是在這里添加，可以通過(guò)按鈕對(duì)規(guī)則進(jìn)行修改與刪除，界面如圖 12表示，添加完之后保存 FIS，在圖 11中點(diǎn)擊保存 FileExportTo disk,從而將其算法編輯好了。進(jìn)入任何一個(gè)變量，可以對(duì)變量進(jìn)行名字，取值范圍等的設(shè)置，如圖10所示。 同樣我們用上述 一階慣性加滯后模型做仿真模型，且采用 Matlab軟件實(shí)現(xiàn)，在其主界面鍵入 fuzzy函數(shù)，出現(xiàn)一個(gè)子界面，這樣就是開(kāi)始建立一個(gè) FIS文件并對(duì)其進(jìn)行編輯，如圖 9所示。 智能 PID控制的仿真 智能 PID控制參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)整，可根據(jù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的變化，變化的時(shí)間，這是智能 PID在傳統(tǒng) PID控制的基礎(chǔ)上做出的最重大的變化。經(jīng)過(guò)上述的參數(shù)調(diào)整，對(duì)上述液位控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，通過(guò)模擬得到了如圖 8的液位響應(yīng)曲線(xiàn)圖。 3： 調(diào)整 kd，可以消除振蕩的振幅響應(yīng)曲線(xiàn)，但 kd太大，降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度 。 應(yīng)調(diào)整 KP，使 響應(yīng)曲線(xiàn)是一條 震蕩越來(lái)越小幾乎無(wú)震蕩的圓滑曲線(xiàn) [14]。 圖 7 常規(guī)的 PID控制系統(tǒng)模型 12 上述模型搭建完成后，可以通過(guò)調(diào)節(jié)圖中 kp,ki和 kd三個(gè)參數(shù)的大小，從而獲得系統(tǒng)的響應(yīng)曲線(xiàn)，調(diào)節(jié)三個(gè)參數(shù)的作用是使系統(tǒng)能夠很快的向預(yù)定的目標(biāo)靠攏并趨于穩(wěn)定，在此液位控制系統(tǒng)中就是使液位趨于平穩(wěn)，讓進(jìn)水量和出水量達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡。 PID控制的仿真 打開(kāi) Matlab命令窗口，建立模型，然后打開(kāi)庫(kù)瀏覽器，打開(kāi) Simulink仿真庫(kù)， Simulink庫(kù)中提供了各種系統(tǒng)模型的模塊 ,我 們選擇其中的一些模塊搭建常規(guī) PID算法控制的仿真系統(tǒng)。 3：模型分析工具包括線(xiàn)性化工具和對(duì)平衡點(diǎn)的分析工具、 MATLAB 的很多工具及 MATLAB的應(yīng)用工具。 2： MATLAB采用 SCOPE模塊和其他的畫(huà)圖模塊，可以在運(yùn)行之后點(diǎn)擊 SCOPE，得到仿真結(jié)果的顯示，除此之外，用戶(hù)還可以在改變模型其中的模塊的 參數(shù)后，迅速的得到結(jié)果發(fā)生的變化，從而分析系統(tǒng)中參數(shù)的改變對(duì)響應(yīng)結(jié)果的影響。 與傳統(tǒng)的建模和仿真軟件相比，模塊化，封裝，結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)和高度的視覺(jué)特性等優(yōu)點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了仿真系統(tǒng)模型 。在 Simulink工作區(qū)間中，可以在模型窗口中逼真的畫(huà)出系統(tǒng)的仿真模型，然后直接進(jìn)行仿真運(yùn)行。通過(guò)仿真，可以對(duì)你建立的模型進(jìn)行各方面的性能驗(yàn)證，很大程度的減少了對(duì)實(shí)際儀器的損壞，降低了經(jīng)濟(jì)成本。 仿真軟件簡(jiǎn)介 計(jì)算機(jī)仿真是研究現(xiàn)代科學(xué)的一個(gè)非常好的幫手，在對(duì)各種復(fù)雜系統(tǒng)的研究中，我們采用計(jì)算機(jī)仿真得到了很好的效果，并節(jié)約了很大的經(jīng)濟(jì)成本。 系統(tǒng)監(jiān)控 采集液位信息 計(jì)算位置誤 差 Perr 累計(jì)積分誤差I(lǐng)err 開(kāi)始 控制對(duì)象 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 輸出控制模擬量 智能 PID 控制 規(guī) 律運(yùn)算器 實(shí)際液位 液位采集 10 圖 6 系統(tǒng)框圖 6 仿真 實(shí)現(xiàn) PID 智能控制 我們對(duì)上述液位系統(tǒng)進(jìn)行模型模擬與搭建，由于模擬的液位系統(tǒng)是一個(gè)非線(xiàn)性的，且輸出隨時(shí)在發(fā)生變化，又有滯后性的一個(gè)系統(tǒng)，我們考慮到這些特征，將該 系統(tǒng)建模為一個(gè)一階慣性延遲模型 。 鑒于以上特點(diǎn)，智能 PID 控制算法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題 。 5 控制對(duì)象模型 以 某企業(yè)的生產(chǎn)用水 為液位控制的具體實(shí)例，下圖 6 是企業(yè)的生產(chǎn)用水的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，生產(chǎn)用水取自河水，如圖河水經(jīng)過(guò) 簡(jiǎn)單 的殺菌消毒 后經(jīng)加壓泵 和液位變送器 輸送到屋頂 上的水池 內(nèi) ，然后 河水就從水池中直接向下輸送到需要水的生產(chǎn)線(xiàn)及設(shè)備上， 加壓泵 上的變頻器是用來(lái)控制泵的壓力的，通過(guò)控制壓力的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸送的水量的大小，從而使 水池水位在一個(gè)恒定 的 液位 ，使加壓泵輸 送到水池的水量與 生產(chǎn) 的用水量 達(dá)到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定 [10]， 實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化 ，就必須 以 水的變化 來(lái)調(diào)整 加壓泵 的壓力從而控制 出水量。 yE m i nE m i dE m a xabcdt 2t 3t 1ot 圖 4 智能 PID 算法曲線(xiàn) 運(yùn)行 圖 PID控制 算法 流程 9 圖 5 智能 PID 控制算法流程圖 圖 5 為智能 PID 控制算法程序流程圖，控制 對(duì)象 經(jīng)初始化后， 從而步 入系統(tǒng)監(jiān)控階段，系統(tǒng)經(jīng)過(guò) 液位傳感器， 對(duì)控制對(duì)象的實(shí)際液位信息進(jìn)行及時(shí)的收集 。 智能 PID控制 算法的 規(guī)則如下： 規(guī)則 1 若 max)(| eke ? |，則 )()( max kuku ? （ 43） 規(guī)則 2 若 min|)(| eke ? ，則 )1()( ?? kuku （ 44） 8 規(guī)則 3 若 max|)(| ekeemid ?? ，則 11( ) ( 1 ) [ ( ) ( 1 ) ] ( )piu k u k k e k e k k e k??? ? ? ? ? ? （ 45） 規(guī)則 4 若
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