【正文】 行計算。這時就不能只注意調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，而是要檢查與調(diào)校其它儀表和環(huán)節(jié)。 ③ 過小， 過短， 太長都會導致振蕩衰減得慢，甚至不衰減，其區(qū)別是 過小，振蕩周期較短； 過短，振蕩周期較長； 太長，振蕩周期最短。 表 21 經(jīng)驗法 參數(shù)整定 公式 控制規(guī)律 比例 P 積分 微分 溫度 T 2060% 18060s 3180s 壓力 P 3070% 24180s 液位 L 2080% 60300s 流量 L 40100% 660s ② 在湊試過程中，若發(fā)現(xiàn)被控量變化緩慢，不能盡快達到穩(wěn)定值，這是由于 過大或 過長引起的，但兩者是有區(qū)別的： 過大，曲線漂浮較大，變化不規(guī)則， 過長，曲線帶有振蕩分量，接近給定值很緩慢?？蓞⒄赵趯嶋H運行中的同類控制系統(tǒng)的參數(shù)值，或參照表 21 所給的參數(shù)值，使確定的初始參數(shù)盡量接近整定的理想值。但花時間較多。由于微分作用有抵制偏差變化的能力，所以確定一個 值后，可把整定好的 和 值減小一點再進行現(xiàn)場湊試，直到 、 和 取得最佳值為止。若曲線不夠理想，可改變 或 ，太原科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 再畫控制過程曲線，經(jīng) 過 反復(fù)湊試直到控制系統(tǒng) 符合動態(tài)過程品質(zhì)要求為止，這時的 和 就是最佳值。因此，目前，應(yīng)用最多的有工程整定法：如經(jīng)驗法 、衰減曲線法、臨界比例度法和反應(yīng)曲線法。 在 MATLAB 中建立對象的傳遞函數(shù) PID 參數(shù)的 整定 方法 概述 采用 PID 控制器時， 關(guān)鍵的問題就是確定 PID 控制器中比例度 、積分時間 和微分時間 。 step(G,t) end 得圖形如圖 24 所示。 figure,hold on for i=1:length(Td) Gc=tf([5*Td(i),5,1],[5,0])。 微分作用 分析在不同微分時間常數(shù)下，系統(tǒng)的階躍響應(yīng)圖，輸入命令： Td=[1:4:20]。 step(G,t) end 得圖形如圖 23 所示。for i=1:length(Ti) Gc=tf(Kp*[1,1/Ti(i)],[1,0])。t=0:2:100。 圖 22 改變 K值時的曲線 圖中分別繪出了 K 為 ， ， 1， 5， 10 時的階躍響應(yīng)圖，可知當 K 增大時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差不斷減小，響應(yīng)時間加快，并出現(xiàn)振蕩。 Figure,hold on for i=1:length(P) G=feedback(P(i)*sys,1)。sysx=pade(sys,1)。inputdelay39。微分作用的強弱由微分時間常數(shù) 來決定， 越大，則它抑制偏差變化的作用越強，有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)量減小，增加穩(wěn)定性，但過分提前制動，使調(diào)節(jié)時間生長，且會降低抗干擾性能； 越小，則它抑制偏差變化的作用越弱，超調(diào)量增加，系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，穩(wěn) 定性變差。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當輸入沒有變化時，微分作用輸出為零。在微分時間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。 （ 3）微分（ D）調(diào)節(jié)作用 微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。反之 大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一個常值。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少 誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)太原科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定 ,比例作用減小，則會降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)緩慢，延長調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)的動靜態(tài)性變差。 圖 21 傳統(tǒng) PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 其中 PID 控制器由比例單元（ P）、積分單元（ I）和微分單元（ D）組成。而且許多高級的控制技術(shù)也都是以 PID 控制為基礎(chǔ)的。 在過去的幾十年里， PID 控制，即比例 積分 微分控制在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。測量關(guān)系的是變量，并與期望值相比較，以此偏差來糾正和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。 PID 控制原理 當今的自動控制技術(shù)絕大多數(shù)部分是基于反饋。隨著控制理論和計算機技術(shù) 的迅速發(fā)展，已歷經(jīng)半世紀之久的 PID 控制以其結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性強、適應(yīng)性好、精度高等優(yōu)點，仍占有控制界的主導地位，廣泛應(yīng)用于冶金、機械、化工等行業(yè)的過程控制中。 圖 11 MATLAB軟件界面 太原科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 趙瑞剛：基于模糊算法的雙容水箱液位控制系統(tǒng)研究 5 第 2 章 傳統(tǒng) PID 概述 PID 控制是過程控制領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛、生命力最強的控制策略之一。其中的 Simulink模塊可用來建模、分析和仿真各種動態(tài)系統(tǒng)，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng) ,如圖 11所示 。 MATLAB 軟件簡介 本文所有被控過程的仿真模型及仿真程序均基于美國 Mathworks公司出品的MATLAB軟件進行，下面對該軟件作簡單介紹。 盡管智能控制理論發(fā)展還未成熟，但就其目前的影響之深遠、應(yīng)用之廣泛而言，是任何現(xiàn)代控制方法都無法與其相提并論的，它預(yù)示著自動化控制的未來發(fā)展方向，是自動控制科學發(fā)展道路上的又一次重大 飛躍。 近年來，國內(nèi)也開始重視起智能控制理論的應(yīng)用研究，分別于 199 1997 年在北京、西安召開了“全球華人智能控制與智能自動化大會”。 智能控制的發(fā)展現(xiàn)狀 1987 年 1 月，有關(guān)智能控制的第一次國際會議在美國費城由 IEEE 控制系統(tǒng)學會與計算機學會聯(lián)合召開，來自歐美、中國、日本等 150 位代表出席了這次學術(shù)盛會，智能控制作為一門新學科在國際上已然建立起來。 1965 年，著名的美籍華裔科學家傅就孫教授（ K. S. Fu）將啟發(fā)推理規(guī)則用于學習控制系統(tǒng)，被視為智能控制理論發(fā)展的萌芽階段； 1967 年，美國科學家 Leondes正式提出了“智能控制”（ Intelligent Control）概念，真正促成了智能控制產(chǎn)生與發(fā)展。經(jīng)典控制理論最輝煌的成果之一要首推 PID控制規(guī)律，其控制原理簡單，易于實現(xiàn)，對無時間延遲的單回路控制系統(tǒng)極為有效，至今仍應(yīng)用于工業(yè)過程控制中 90%以上的回路中。 自美國數(shù)學家 Weiner 在上世紀四十年代創(chuàng)立控制論以來，自動控制理論 已歷經(jīng)了經(jīng)典控制理念和現(xiàn)代控制理論兩個重要階段，目前正處于智能控制理論的發(fā)展和興盛階段。正如模糊控制 的奠基人、美國的 Zadeh 教授指出的：“當系統(tǒng)的復(fù)雜性增加時，人們使其精確化的能力將相應(yīng)降低，當達到一定閥值時，復(fù)雜性 和精確性將會互相排斥。 關(guān) 鍵字： 雙容水箱 大滯后系統(tǒng) 模糊控制 二階系統(tǒng) MATLAB Simulink 太原科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） II 趙瑞剛：基于模糊算法的雙容水箱液位控制系統(tǒng)研究 III A Study on the Liquid Level Control System of Double Watertank Founded on Fuzzy Calculation Abstract Industry process control system widely adopts the PID control, which has simple structure and strong adaptability. However, whit the development of production level and science and technology, and the increasing largesize and plication of modern control system, the mon PID control is often difficult to achieve the satisfactory control effect. Here, intelligent control, as a fresh field of automation control, provides the new approaches to solve these kinds of plicate and uncertain problems with advance and creative thoughts. It is controlled in fuzzy to the double watertank’s hysteresis. First, the function of each system parameter in fuzzy control is analyzed. The secondorder system is controlled in the method of adjusting system control capacity and fuzzy control. Finally, under the MATLAB, the system’s targets such as stability, response speed, are analyzed with Fuzzy workbox and Simulink simulation technique. Keywords: Double watertank Hysteresis system Fuzzy control Secondorder system MATLAB Simulink 太原科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） IV 趙瑞剛：基于模糊算法的雙容水箱液位控制系統(tǒng)研究 V 目 錄 第 1章 引言 ........................................................ 1 研究背景 .................................................... 1 智能控制的發(fā)展現(xiàn)狀 .......................................... 2 MATLAB 軟件簡介 ............................................. 2 第 2章 傳統(tǒng) PID 概述 ................................................ 5 PID 控制原理 ................................................ 5 比例、積分和微分項對系統(tǒng)性能影響分析 ....................... 6 比例作用 .............................................. 6 積分作用 .............................................. 7 微分作用 .............................................. 8 PID 參數(shù)的整定方法概述 ...................................... 9 經(jīng)驗法 ................................................ 9 衰減曲線法 ........................................... 11 臨界比例度法 ......................................... 11 ZieglerNichols 法 ................................... 12 第 3章 模糊控制概述 ............................................... 13