三容对象实验装置及控制系统的研究

摘要

PID控制算法是经典控制算法中的典型代表，在许多场合都取得了非常好的控制效果。但是随着科技的发展，传统的PID控制方法在面对日益的生产系统时就下显得越来越来力不从心了，研究出先进的控制算法对我们来说就变得非常重要。
　　 工业过程控制系统中许多被控系统都能够部分或全部的抽象成三容水箱控制系统的模型，具有很强的代表性和工业背景，研究三容水箱的建模及控制具有重要的理论意义及实际应用价值。本文针对三容水箱系统的建模方法、控制策略做了深入的研究。本文的具体内容如下：
　　 (1)分别对对三容水箱构成的一阶、二阶、三阶以及双输入双输出的系统进行了建模。
　　 (2)通过实验得出了一阶、二阶系统的液位变化曲线，在此基础上通过辨识得到了系统的传函，然后将PID控制施加于该系统，并对控制效果进行了仿真，发现对于一阶系统和二阶系统使用PID控制便能起到很好的控制效果。
　　 (3)在实验的基础上通过辨识得出了双输入双输出系统的传函，并利用前馈补偿法对系统进行了解耦，然后分别对解耦前后的系统进行了仿真，通过仿真发现解耦前的系统由于耦合作用的存在使得系统的输出始终无法到达期望值，总是存在一定稳态误差；解耦后的系统由于耦合作用被消除，系统的输出能够精确的到达期望值，并且因为耦合作用被消除使得系统的动态性能也得到了极大的改善。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 动化控制的发展情况

1.3.1 经典控制理论

1.3.2 现代控制理论

1.3.3 智能控制理论

1.4 本文的主要工作

2 控制算法的理论基础

2.1 PID控制算法

2.1.1 模拟系统的PID调节器

2.1.2 数字PID控制器

2.1.3 PID调节器的特点

2.2 模糊控制理论及发展

2.2.1 模糊逻辑控制理论的产生和发展

2.2.2 模糊控制理论的特点

2.2.3 模糊控制理论的发展前景

2.3 模糊自动控制的原理及控制规则

2.4 模糊控制器的基本结构和组成

2.4.1 模糊控制器的基本结构

2.4.2 模糊控制器的组成部分

2.5 模糊PID控制

2.5.1 模糊PID控制结构

2.5.2 参数自整定模糊PID控制器

2.6 章小结

3 三容水箱系统的建模

3.1 三容水箱的结构

3.1.1 一阶对象的结构

3.1.2 二阶对象的结构

3.1.3 三阶对象的结构

3.1.4 双输入双输出对象结构

3.2 三容水箱的硬件组成

3.3 建模的理论基础

3.3.1 模型的重要性

3.3.2 建模芳法概述

3.3.3 工业过程对象的实用辨识

3.4 系统建模

3.4.1 单输入单输出一阶系统建模

3.4.2 单输入单输出二阶系统建模

3.4.3 单输入单输出三阶系统建模

3.4.4 双输入双输出系统建模

3.5 本章小结

4 三容水箱系统的控制策略

4.1 传统PID控制策略

4.2 一阶系统的控制策略

4.3 二阶系统的控制策略

4.4 双输入双输出系统控制策略

4.4.1 双输入双输出系统的参数辨识

4.4.2 解耦的方法

4.4.3 系统解耦与仿真

4.3 延迟特性的说明

4.4 本章小结

5 全文总结

5.1 结论

5.2 后续工作

致谢

参考文献

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