基于模糊神经网络PID的三容水箱液位控制系统研究

摘要

液位是工业生产过程中重要的控制对象之一,液位控制品质的好坏对工业生产有着重大的影响,因此对液位控制的研究具有非常重要的意义。随着工业化程度的不断提高,一方面控制精度的要求越来越高;另一方面被控对象模型亦越来越复杂化;使得传统的PID控制已无法满足工业过程控制要求。智能控制理论的提出对于工业控制理论的发展有着重要的意义,然而事实上受工业现场很多条件限制这些先进的理论很难在实际中运用,于是寻找一个既简单又实用的被控对象来模拟现场尤为重要。三容水箱液位控制系统模拟了工业现场的多种典型的非线性时变多变量耦合系统,具有时滞性、时变性、非线性的特点。借助该系统平台使得模糊控制、神经网络控制等智能控制理论先后被应用于工业过程控制。论文介绍了三容水箱液位控制系统的研究背景及现状,对三容水箱液位控制系统进行建模、仿真和实验。为了能找到适应大惯性、非线性系统优化的算法,对传统PID、模糊PID以及神经网络PID在三容水箱液位控制系统中的应用进行比较,分析各自的优缺点,重点研究了基于模糊神经网络的PID控制器,将基于模糊神经网络的PID控制器运用到三容水箱液位控制系统中,仿真、实验结果表明该控制算法具有超调量小、稳定性高的特点,大大提高了系统的动、静态性能,充分显示其优越性。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 三容水箱液位控制系统研究现状

1.2.1 常规算法在三容水箱中的研究现状

1.2.2 模糊控制在三容水箱中的研究现状

1.2.3 神经网络控制在三容水箱中的研究现状

1.2.4 模糊神经网络控制在三容水箱中的研究现状

1.3 三容水箱液位控制系统研究意义及研究方法

1.4 课题研究内容及章节安排

2 三容水箱液位控制系统建模

2.1 THJ-4 型高级过程控制实验平台

2.2 基于物料平衡原理的三容水箱液位控制系统建模

3 传统PID 控制在三容水箱液位控制系统中的应用

3.1 PID 控制原理

3.2 PID 参数整定

3.2.1 PID 参数整定的理论设计方法

3.2.2 PID 参数整定的工程实验方法

3.3 传统 PID 在三容水箱中的应用

3.4 本章小结

4 模糊PID 和神经网络PID 在三容水箱液位控制系统中的应用研究

4.1 模糊 PID 在三容水箱中的应用

4.1.1 模糊 PID 控制器的设计

4.1.2 模糊 PID 在三容水箱中的应用及仿真

4.2 神经网络 PID 在三容水箱中的应用研究

4.2.1 基于 BP 神经网络的PID 控制系统设计及仿真

4.3 本章小结

5 模糊神经网络PID 在三容水箱液位控制系统中的应用研究

5.1 模糊神经网络 PID 控制系统的构造

5.1.1 模糊系统的标准模型

5.1.2 模糊神经网络结构

5.1.3 模糊神经网络学习算法

5.2 模糊神经网络 PID 在三容水箱中的应用及仿真

5.2.1 模糊神经网络 PID 控制器的构造

5.2.2 计算机仿真

5.3 本章小结

6 三容水箱液位控制系统实验研究

6.1 三容水箱液位监控系统

6.1.1 三容水箱液位监控系统

6.1.2 系统参数设置

6.1.3 历史曲线画面

6.2 三容水箱液位控制系统实验

结论

参考文献

附录A 过程控制实验室现场照片

作者简历

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