模糊PID控制在双容水箱中的应用

　　摘要：液位控制是工业过程中常见的过程控制，由于很难建立其精确的数学模型，常规PID控制得不到理想效果。本文将常规PID控制和模糊控制相结合，用模糊控制器来整定PID控制器的比例、积分、微分系数，对双容水箱液位进行控制，实验表明，采用模糊PID控制器后，控制系统的响应速度加快，超调量减小，过渡时间大大缩短，具有较好的稳定性和鲁棒性。

　　水箱液位控制是过程控制的典型代表，很多学者都致力于水箱液位系统的控制研究。王维荣提出了应用模糊控制技术控制双容水箱的液位。胡开明等提出了使用模糊PID控制与组态技术对液位系统进行控制，提高了系统的性能。本文提出了应用模糊PID理论对双容水箱液位进行控制，并且对照常规PID和模糊PID控制的控制效果，证明不同控制策略的优劣。

　　双容水箱液位控制系统

　　图1所示为双容水箱液位系统。整个系统由水箱主体、检测元件、调节变频装置、阀门、泵及步进电机组成，包含上下2个水箱，阀门控制水箱中水的位置即高度，水存储在储水箱中，控制的目的是使下水箱的液位等于给定值，并能够客服自身系统带来的干扰影响。通过对系统结构的分析不难看出，该系统具有非线性和时滞性，要建立精确的数学模型比较困难。模糊控制可以避开复杂的数学模型，对于非线性时滞系统有较好的控制效果。　　

 

　　模糊PID控制器的建立

　　常规PID控制器要求控制系统模型精确，而大多数的工业控制系统都存在着不同程度的非线性、时变和滞后现象，数学模型不好建立。模糊控制则不依赖于系统的数学模型，它主要以经验进行推理控制。本文将模糊控制器和传统的PID控制器相结合实现对于双容水箱液位系统的控制，控制系统框图如图2所示。图中e是液位给定值和测量值之间的误差，误差变化率ec=de/dt，通过A/D转换器得到数字信号，送给模糊PID控制器进行处理，处理完后的预调整结果送给D/A进行数字量和模拟量的转换，交给执行机构去推动上下水箱进行泄水或进水操作，最终实现使下水箱的液位等于给定值。