【正文】 算法（模糊控制規(guī)則和模糊推理）處理的是模糊量。但是，維數(shù)越高，控制器越復(fù)雜。 模糊控制器分類圖中一維模糊控制器的輸入為被控量的偏差E，即設(shè)定值與反饋值之差；二維模糊控制器的輸入為被控量的偏差E和偏差的變化率EC；三維模糊控制器的輸入為E、EC和偏差變化率的導(dǎo)數(shù)203。(4)傳感器 它將被控對象或各種過程的受控量轉(zhuǎn)換為電信號。模糊控制器通過它們從被控對象獲取數(shù)字量，并向執(zhí)行機構(gòu)輸出模擬量。(1)模糊控制器 用微機編程實現(xiàn)模糊控制算法，或由硬件實現(xiàn)。在自動控制領(lǐng)域,以模糊集理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來的模糊控制為將人的控制經(jīng)驗及推理過程納入自動控制提供了一條便捷途徑。該理論以模糊集合、模糊語言變量和模糊邏輯為基礎(chǔ),用比較簡單的數(shù)學(xué)形式直接將人的判斷、思維過程表達(dá)出來,從而逐漸得到了廣泛應(yīng)用。最近幾年，對經(jīng)典模糊控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的改善、模糊集成控制、模糊自適應(yīng)控制、專家模糊控制以及多變量模糊控制的研究，特別是針對復(fù)雜控制系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)與參數(shù)(或規(guī)則)自調(diào)整模糊系統(tǒng)方面的研究，受到國內(nèi)外學(xué)者的高度重視。1985年日本的TomohiroTakagi和Michio Sugeno提出了TS模糊模型，為系統(tǒng)的模糊模型辨識提供了一個精確的方法，但不能方便地利用專家提供的知識。1979年，英國的1．J．Procyk和Mamdani設(shè)計一種自組織模糊控制器，在控制過程中可以不斷地修改和調(diào)整控制規(guī)則，使控制系統(tǒng)的性能不斷完善，標(biāo)志著模糊控制器開始向智能化方向發(fā)展。1975年，英國的P．J．King和Mamdani將模糊控制系統(tǒng)應(yīng)用于工業(yè)反應(yīng)罐的溫度控制中。1974年，倫敦Queen Mary學(xué)院的Mamdarli首次用模糊邏輯實現(xiàn)了第一個試驗性的蒸汽機控制，并取得了比傳統(tǒng)DDC控制更好的效果，這標(biāo)志著采用模糊邏輯進行工業(yè)控制的開始，宣告了模糊控制的誕生。此后，針對模糊集合和模糊控制的理論和應(yīng)用研究獲得廣泛開展。模糊控制的價值需要從兩個方面來考慮：一方面，模糊控制提出一種新的機制用于實現(xiàn)基于知識甚至語義描述的控制規(guī)律；另一方面，模糊控制為非線性控制提出一個比較容易的設(shè)計方法，尤其是當(dāng)被控對象因含有不確定性而很難用常規(guī)非線性控制理論處理時。這些信息通常是以自然語言的形式表達(dá)的，其特點是定性的描述，所以具有模糊性。人腦的重要特點之一就是有能力對模糊事物進行識別與判決，看起來似乎不確切的模糊手段常常可以達(dá)到精確的目的。常規(guī)自適應(yīng)控制技術(shù)可以解決一些問題，但應(yīng)用范圍十分有限。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，各個領(lǐng)域?qū)ψ詣涌刂葡到y(tǒng)控制精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性以及自適應(yīng)能力要求提高，所涉及的控制對象也日益復(fù)雜多變。極小值原理可以用來解決某些最優(yōu)控制問題；利用卡爾曼濾波器可以對具有有色噪聲的系統(tǒng)進行狀態(tài)估計；預(yù)測控制理論可以對大滯后過程進行有效的控制。但是對于具有非線性大滯后的系統(tǒng)，常規(guī) PID 控制算法還不能很好的對其控制；由于 SMITH 預(yù)估補償控制、大林算法以及解耦控制等算法對控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型依賴性較強，因此常規(guī)的控制方法很難在三容水箱這種具有高階非線性、慢時變、大滯后的系統(tǒng)中取得較好的控制效果。對于簡單的一階、二階液位控制系統(tǒng)，目前通常選用的是常規(guī)的控制算法，如單回路和串級 PID 控制、解耦控制。在Simulink中構(gòu)造的模型如下圖所示： 傳統(tǒng)PID控制Simlink模型圖根據(jù)多次參數(shù)調(diào)試，得出較好的一組PID參數(shù)值，=， ==1。在很多情況下，并不一定需要三個單元，可以取其中的一到兩個單元，但比例控制單元是必不可少的。因此，采用PID控制器，無論從靜差、還是從動態(tài)的角度來說，控制品質(zhì)都得到了改善。它在偏差階躍變化的瞬間（）有一沖擊式瞬間響應(yīng)，這是微分作用引起的。微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相組合，結(jié)成PD或者PID控制器。另外由于微分作用對噪聲干擾有放大作用，過強的微分調(diào)節(jié)，反而會對系統(tǒng)抗干擾產(chǎn)生不利因素。微分單元反映了系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有一定的預(yù)見性，因而能對偏差的變化趨勢作出預(yù)見，故能產(chǎn)生超前的控制作用。在實際的控制時，積分作用常與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PI或PID調(diào)節(jié)器。相反，T的值越大，積分作用就越弱。只要存在誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，直至無差的時候積分調(diào)節(jié)才停止，最終積分調(diào)節(jié)輸出一常值。2）積分單元（I）。比例單元是按照比例來反映系統(tǒng)的偏差，當(dāng)系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生作用并通過調(diào)節(jié)以減少偏差。 PID控制的作用PID控制器由三部分組成，分別是比例單元、積分單元和微分單元，PID的調(diào)節(jié)就是通過對這三個單元的參數(shù)進行設(shè)置，進而通過線性組合構(gòu)成控制量來實現(xiàn)對被控對象的控制。所謂增量式PID控制算法是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量△u(k)。 位置式PID系統(tǒng)框圖這種算法的缺點是，由于是全量輸出，所以每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，計算時要對e(k)進行累加，所以計算機上工作量大。PID控制器控制算法的離散形式: ()式中：T—采樣周期； k—采樣序號； u（k）—采樣時刻k時的輸出值； e（k）—采樣時刻k時的誤差值； e（k1）—采樣時刻k1時的誤差值； KI—積分系數(shù)，KI=KPT/TI； KD—微分系數(shù)，KD= KPTD/T。應(yīng)用在計算機控制的PID控制器，稱之為數(shù)字PID控制器，常見的有位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。2）數(shù)字PID控制器計算機控制其本質(zhì)上就是一種采樣控制，只有知道了某采樣時刻的偏差值才能進行控制量的計算。PID控制器可分為模擬PID和數(shù)字PID。理想模擬PID功控制器的輸出方程式為: （）式中,為比例系數(shù)，與比例度互為倒數(shù)關(guān)系，即；為積分時間；為微分時間；為PID控制器的輸出控制量。二十世紀(jì)七十年代以來，隨著計算機技術(shù)飛速發(fā)展和應(yīng)用普及，由計算機實現(xiàn)的數(shù)字PID控制不僅簡單地將PID控制規(guī)律數(shù)字化，而且可以進一步利用計算機的邏輯判斷功能，開發(fā)出多種不同形式的PID控制算法，使得PID控制的功能和實用性更強，更能滿足工業(yè)過程提出的各種各樣的控制要求。PID 控制器因其具有原理簡單、易于實現(xiàn)、參數(shù)整定方便、結(jié)構(gòu)改變靈活、適應(yīng)性強、魯棒性強等特點，在工業(yè)控制上應(yīng)用較廣。由式子（）可知，只要確定了三個水箱的水阻，這個三階微分方程的參數(shù)就定下來了，進而可以確定三容水箱系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。通常在特性曲線工作點a附近不大的范圍內(nèi)，用切于a點的一段切線代替原曲線上的一段曲線，進行線性化處理。按照流體力學(xué)原理，水箱流出量與出口靜壓有關(guān)，同時還與調(diào)節(jié)閥門的阻力R有關(guān)，它們?nèi)叩年P(guān)系可以用下式表示： （）流體在一般流動條件下，液位h和流量之間的關(guān)系是非線性的。 根據(jù)物料平衡關(guān)系，三容水箱液位控制系統(tǒng)在動態(tài)時可得如下公式： （）式中為上水箱的貯水容積，為上水箱水貯存量的變化率，它與上水箱液位的關(guān)系為 ，即 （）式中為上水箱的底面積。例如下水箱的流出量為，流入量為，如果閥門F111的開度太大同時F19和F110開度太小，勢必流出量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過流入量，這樣一來很難達(dá)到自平衡狀態(tài)。，該系統(tǒng)最終的被控制量為水箱的液位，手動閥F1F1F1F111的開度都為定值，為流入水箱的流量，、分別為上、中、下水箱中流出的流量。 三容水箱實驗結(jié)構(gòu)圖被控對象數(shù)學(xué)模型的建立通常用下列兩種方法：一種是分析法，即根據(jù)過程的機理，物料或能量平衡關(guān)系求得其數(shù)學(xué)模型；另一種是用實驗的方法確定。根據(jù)被控對象的特性和控制要求，配合過程檢測和控制儀表構(gòu)成了過程控制系統(tǒng)，被控對象的特性在過程控制系統(tǒng)中占有重要的地位，因此了解被控對象的靜態(tài)和動態(tài)特性及控制要求才能實施控制方案的定制、儀表的選型及系統(tǒng)參數(shù)的整定。(5)可以在控制過程中隨時改變泄水閥門的狀態(tài)，從而模擬故障的發(fā)生，這也為故障診斷的研究提供了研究對象和試驗平臺。(3)三容水箱系統(tǒng)可構(gòu)造單回路控制系統(tǒng)、串級控制系統(tǒng)、復(fù)雜過程控制系統(tǒng)等，從而對各種控制系統(tǒng)的研究提供可靠對象。 系統(tǒng)特點三容水箱系統(tǒng)是有較強代表性和工業(yè)背景的對象，具有非常重要的研究意義和價值，主要是因為它具有如下特點：(1)通過改變各個閥門的關(guān)閉或打開狀態(tài)可構(gòu)成靈活多變的對象，如一階對象、二階對象或雙入多出系統(tǒng)對象等。(4)測量元件，為三個應(yīng)變式壓力傳感器，用來測量各容器內(nèi)的液位高度值。比例電磁閥負(fù)責(zé)向?qū)嶒炁_的玻璃容器注水，通過控制比例閥的輸入電壓可改變其出口流量，進而達(dá)到控制容器內(nèi)液位高度的目的；溢流閥起到保證整個系統(tǒng)壓力恒定作用。從教學(xué)角度講，三容水箱實驗系統(tǒng)的開發(fā)為工程控制理論的學(xué)習(xí)研究提供了良好的實驗前提條件，開發(fā)經(jīng)濟實用并能真實復(fù)現(xiàn)工業(yè)過程的實驗系統(tǒng)能夠幫助學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用到實踐中，對所學(xué)知識得到感性和理性認(rèn)識，在此基礎(chǔ)上可自主進行創(chuàng)新設(shè)計；同時，開發(fā)基于虛擬儀器技術(shù)的三容水箱實驗系統(tǒng)，是對實驗室資源的合理應(yīng)用和共享的重要舉措，它提供了一個系統(tǒng)而開放的教學(xué)、科研平臺，對控制理論的實驗教學(xué)具