模糊PID控制在雙容水箱中的應用

　　摘要：液位控制是工業過程中常見的過程控制，由于很難建立其精確的數學模型，常規PID控制得不到理想效果。本文將常規PID控制和模糊控制相結合，用模糊控制器來整定PID控制器的比例、積分、微分系數，對雙容水箱液位進行控制，實驗表明，采用模糊PID控制器后，控制系統的響應速度加快，超調量減小，過渡時間大大縮短，具有較好的穩定性和魯棒性。

　　水箱液位控制是過程控制的典型代表，很多學者都致力于水箱液位系統的控制研究。王維榮提出了應用模糊控制技術控制雙容水箱的液位。胡開明等提出了使用模糊PID控制與組態技術對液位系統進行控制，提高了系統的性能。本文提出了應用模糊PID理論對雙容水箱液位進行控制，并且對照常規PID和模糊PID控制的控制效果，證明不同控制策略的優劣。

　　雙容水箱液位控制系統

　　圖1所示為雙容水箱液位系統。整個系統由水箱主體、檢測元件、調節變頻裝置、閥門、泵及步進電機組成，包含上下2個水箱，閥門控制水箱中水的位置即高度，水存儲在儲水箱中，控制的目的是使下水箱的液位等于給定值，并能夠客服自身系統帶來的干擾影響。通過對系統結構的分析不難看出，該系統具有非線性和時滯性，要建立精確的數學模型比較困難。模糊控制可以避開復雜的數學模型，對于非線性時滯系統有較好的控制效果。　　

 

　　模糊PID控制器的建立

　　常規PID控制器要求控制系統模型精確，而大多數的工業控制系統都存在著不同程度的非線性、時變和滯后現象，數學模型不好建立。模糊控制則不依賴于系統的數學模型，它主要以經驗進行推理控制。本文將模糊控制器和傳統的PID控制器相結合實現對于雙容水箱液位系統的控制，控制系統框圖如圖2所示。圖中e是液位給定值和測量值之間的誤差，誤差變化率ec=de/dt，通過A/D轉換器得到數字信號，送給模糊PID控制器進行處理，處理完后的預調整結果送給D/A進行數字量和模擬量的轉換，交給執行機構去推動上下水箱進行泄水或進水操作，最終實現使下水箱的液位等于給定值。