【正文】 el control is industrial process control, mon in the influence on production can not be ignored. In order to ensure safety in production and the product quality and quantity, level timely and effective control is very important. The current production application of liquid level control system, mainly with the traditional PID control algorithm is given priority to. But for plex large system, and its mathematical model is often difficult to obtain, the traditional PID control method proved powerless. In order to adapt to the plex liquid level control system control requirements, people studied a lot of intelligent control method, fuzzy PID control is one of them. This paper introduces the overall level control system tank hardware structure and level 3 series water tank, analysis of various objects posed the working principle, and the characteristics of various ponents. The control of the tank, due to the level of three let water tank is a typical nonlinear timevarying multivariable coupling system, with the conventional control means it is difficult to achieve the ideal control effect, this paper used the fuzzy PID control. First level control system of PID control algorithm is introduced, and then analyzes the fuzzy PID control by fuzzy PID controller, adjust the error of input, get PID operation to realize PID parameters of linear control, tank level by missioning simulation system, realized each control requirements of water tank with precise control level. Keywords: Process control, Three Tank Water Control System， Fuzzy PID Control 目 錄摘 要 .......................................................ⅠABSTRACT .....................................................Ⅱ第 1章 引言 ...................................................1第 2章 液位控制系統(tǒng)分析和控制策略 .............................2 液位控制系統(tǒng)概述 ...................................................2 液位控制系統(tǒng)組成 ...................................................2 系統(tǒng)整體組成 ....................................................2 三級(jí)串聯(lián)水箱組成 ...............................................3 液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................5第 3章 控制算法研究 ...........................................8 PID 控制 ...........................................................8 模糊 PID 液位控制 .................................................10 定義輸入、輸出變量 ...........................................11 描述輸入和輸出變量的語言變量 .................................11 模糊變量的模糊子集的制定 .....................................11 建立模糊控制器的控制規(guī)則 .....................................12 模糊量的精確化過程........................................... 14 模糊控制算法 .................................................15 模糊判決 .....................................................16 模糊 PID 液位控制器的設(shè)計(jì)的基本原理 ...............................20 模糊控制器的設(shè)計(jì)過程 .............................................21 模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .........................................21 模糊 PID 控制器輸入及輸出模糊化 ...............................21 模糊控制規(guī)則的建立 ...........................................21 計(jì)算模糊控制表 ...............................................21第 4章 水箱液位線性控制系統(tǒng)的仿真 ...........................22 模糊 PID 仿真模塊圖 ...............................................22 模糊 PID 仿真效果圖 ...............................................23結(jié) 論 .......................................................26致 謝 .......................................................27參 考 文 獻(xiàn) ...............................................28第 1 章 引言過程控制系統(tǒng)可以分為計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)與常規(guī)儀表過程控制系統(tǒng)兩大類。在水箱液位的控制中，由于三容水箱是一個(gè)典型的非線性時(shí)變多變量耦合系統(tǒng)，用常規(guī)的控制手段很難實(shí)現(xiàn)理想的控制效果，本文用了模糊 PID 控制。為適應(yīng)復(fù)雜液位控制系統(tǒng)的控制要求，人們研究了很多智能控制方法，模糊 PID 控制便是其中之一。目前生產(chǎn)中應(yīng)用的液位控制系統(tǒng)，主要以傳統(tǒng)的 PID 控制算法為主。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 水箱液位線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究摘 要液位控制是工業(yè)中常見的過程控制，它對(duì)生產(chǎn)的影響不容忽視。為了保證安全生產(chǎn)以及產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，對(duì)液位及時(shí)有效的控制是非常重要的。但對(duì)于復(fù)雜的大型系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型往往難以獲得，傳統(tǒng)的 PID 控制方式顯得無能為力。文中介紹了水箱液位控制系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)及三級(jí)串聯(lián)水箱組成，分析各種對(duì)象的工作原理、以及各種組成部件的特性。首先對(duì)液位控制系統(tǒng)的 PID 控制算法進(jìn)行分析，然后引入了模糊 PID 控制，通過模糊 PID 控制器調(diào)節(jié)對(duì)輸入偏差進(jìn)行 PID 運(yùn)算，得到 PID 參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱液位的線性控制，系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試仿真，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)控制要求，對(duì)水箱液位具有較精確的控制。其中計(jì)算機(jī)過程控制系統(tǒng)是近年來發(fā)展起來的以計(jì)算機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，它以其特有的優(yōu)勢(shì)和強(qiáng)大的功能，已成為過程控制的一個(gè)主流方向。每一個(gè)先進(jìn)、實(shí)用的控制算法的出現(xiàn)都對(duì)工業(yè)生產(chǎn)具有巨大的推動(dòng)作用。在我國，越是高深的、先進(jìn)的控制理論，其研究越是局限于少數(shù)科研院所的狹小圈子內(nèi)，也越是遠(yuǎn)離了國民生產(chǎn)這個(gè)應(yīng)用基地。其原因固然是多方面的，但是，一個(gè)很明顯的原因就在于理論研究尚缺乏實(shí)際背景的支持，理論的算法一旦應(yīng)用于現(xiàn)場就會(huì)遇到各種各樣的實(shí)際問題，制約了其應(yīng)用前景。三容水箱液位 控制系統(tǒng)試驗(yàn)裝置是模擬現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)液位、流量參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、控制并觀察其變化特性，研究過程控制規(guī)律的教學(xué)產(chǎn)品，具有過程控制的動(dòng)態(tài)過程一般 特點(diǎn)——大慣性、大時(shí)延、非線性，難以對(duì)其進(jìn)行精確控制，從而成為控制理論與控制過程、過程控制教學(xué)、試驗(yàn)與研究的理想平臺(tái)。液位控制對(duì)象一般具有純滯后、大慣性，因此液位變化緩慢，系統(tǒng)一般呈非線性。對(duì)于液位控制系統(tǒng)，常規(guī)的PID 控制采用固定的參數(shù)，難以保證控制適應(yīng)系統(tǒng)的參數(shù)變化和工作條件變化，得不到理想效果，模糊控制具有對(duì)參數(shù)變化不敏感和魯棒性強(qiáng)等特征，但控制精度不太理想。[1] 李敏遠(yuǎn)，都延麗，姜海鵬. 智能自整定 PID 在液位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J],2022,20(5):805808第 2 章 液位控制系統(tǒng)分析和控制策略 液位控制系統(tǒng)概述液位是過程控制中的一個(gè)重要參數(shù)，它對(duì)生產(chǎn)的影響不容忽視。水箱液位控制是液位控制中的一個(gè)重要問題。因此三容水箱的數(shù)學(xué)模型的建立具有非常重要的意義，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中的液位控制系統(tǒng)研究具有指導(dǎo)意義。難以適應(yīng)各種擾動(dòng)及對(duì)象的變化，其控制效果不理想。工藝過程模擬流程圖如圖 所示 。1821.上圖中，標(biāo)有字母的方塊為各種儀表，○為各儀表輸入、輸出信號(hào)的單線接插件的插座孔（＋，－插孔） 。該裝置配有二個(gè)單回路調(diào)節(jié)器 C1 和 C2，每個(gè)調(diào)節(jié)器設(shè)有三對(duì)插座孔（＋，－插孔） 。R：記錄儀為無紙 3 通道記錄儀，輸入信號(hào) 4~20mA，其中 R1 孔為 1 號(hào)通道，R2孔為 2 號(hào)通道，R3 孔為 3 號(hào)通道。HT：液位變送器。VL：調(diào)節(jié)閥為電子小流量調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)器輸出 4~20 mA 信號(hào)，輸入給電子調(diào)節(jié)閥控制水流量。S：手操器，在本系統(tǒng)中作恒流源給定器用，輸出 420mA，用作外給定控制。它們連接成控制系統(tǒng)的方框圖如圖 所示。 三級(jí)串聯(lián)水箱組成 圖 液位線性控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置原理圖三級(jí)串聯(lián)水箱如圖 所示，它由三個(gè)水箱組成，穩(wěn)壓水由兩路經(jīng)過電子調(diào)節(jié)閥VL1 和 VL2 以及手動(dòng)閥 V1～V6，分別流入三個(gè)水箱。若以進(jìn)入水箱的水流量作為輸入量，