李亞 李高

摘要：本文將介紹模糊PID在雙容水箱液位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。首先建立雙容水箱的數(shù)學(xué)模型，將傳統(tǒng)的PID控制方法與模糊PID控制方法做對比;最后采用MATLAB/Simulink進(jìn)行仿真研究。仿真結(jié)果表明采用模糊PID控制比傳統(tǒng)的PID控制精度高，魯棒性強(qiáng)，動態(tài)性能好等優(yōu)點，實驗結(jié)果表明，該控制方法對雙容水箱類控制系統(tǒng)是有效的。

關(guān)鍵詞：雙容水箱;PID控制;模糊控制;Simulink仿真

中圖分類號：TP213 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）07-0011-02

1 雙容水箱的數(shù)學(xué)模型建立

1.1 雙容水箱的總體結(jié)構(gòu)分析

雙容水箱的總體的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，水箱的主體部分由兩個圓柱形水箱組成，各個水箱分別設(shè)有出水閥門和進(jìn)水閥門，并分別與水泵1和水泵2相連。在試驗過程中，水槽中的水被水泵1和水泵2抽出后經(jīng)過比例閥門1和比例閥門2進(jìn)入圓柱形水箱，然后分別通過各自的出水閥門1和2流回到水槽中，兩個圓柱形水箱的進(jìn)水流量和出水流量分別由各自的閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)。我們還在兩個圓柱形水箱間設(shè)立了一個連通閥門，通過調(diào)節(jié)該閥門的開度大小可以改變兩個水箱間的水流量。

1.2 水箱數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)

2 控制器設(shè)計

2.1 PID控制系統(tǒng)原理圖及其數(shù)學(xué)模型

根據(jù)偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）進(jìn)行控制（簡稱PID控制），是實驗研究與日常生產(chǎn)中最常見的也是應(yīng)用最普遍的一種控制方法。常規(guī)的PID控制系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示。

3 仿真設(shè)計

對傳統(tǒng)PID控制方法的仿真。經(jīng)過查閱相關(guān)資料，我們知道雙容水箱的傳遞函數(shù)為：G（s）=

當(dāng)參數(shù)取K=20，Ti=1，Td=350時，得到的仿真效果圖如圖4所示。

4 結(jié)語

4.1 兩種控制方法的對比研究

當(dāng)雙容水箱存在延時和干擾時，這時候再繼續(xù)使用傳統(tǒng)的PID控制方法是不準(zhǔn)確的，系統(tǒng)的超調(diào)量比較大，最后不能到達(dá)穩(wěn)態(tài)值，振蕩比較嚴(yán)重。傳統(tǒng)的PID控制方法往往滿足不了我們的要求，而模糊PID對數(shù)學(xué)模型的要求不是特別高，故當(dāng)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)發(fā)生變化時，對控制要求的影響不會太大，本課題所設(shè)置的方法也能基本滿足雙容水箱的液位控制要求。

4.2 本課題控制方法中存在的一些問題及不足

雖然模糊PID針對傳遞函數(shù)不穩(wěn)定和存在純延時的控制系統(tǒng)向比較與傳統(tǒng)PID會有一個比較良好的控制效果，但是如果針對固定的系當(dāng)傳遞函數(shù)不發(fā)生變化時，模糊PID的控制效果并不比傳統(tǒng)的PID控制效果好，甚至還沒有傳統(tǒng)的PID控制方法效果好，如：系統(tǒng)的響應(yīng)時間比較慢，通過調(diào)節(jié)一些參數(shù)使響應(yīng)加快的時候，又發(fā)現(xiàn)超調(diào)量又比較大，或者系統(tǒng)的振蕩比較嚴(yán)重等等問題，還需要通過更好的控制方法來解決。

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