基于模糊PID的雙容水箱液位控制系統的設計

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中的應用。首先建立雙容水箱的數學模型，將傳統的PID控制方法與模糊PID控制方法做對比;最后采用MATLAB/Simulink進行仿真研究。仿真結果表明采用模糊PID控制比傳統的PID控制精度高，魯棒性強，動態性能好等優點，實驗結果表明，該控制方法對雙容水箱類控制系統是有效的。

關鍵詞：雙容水箱;PID控制;模糊控制;Simulink仿真

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

1 雙容水箱的數學模型建立

1.1 雙容水箱的總體結構分析

雙容水箱的總體的結構圖如圖1所示，水箱的主體部分由兩個圓柱形水箱組成，各個水箱分別設有出水閥門和進水閥門，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抽出后經過比例閥門1和比例閥門2進入圓柱形水箱，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水流量和出水流量分別由各自的閥門進行調節。我們還在兩個圓柱形水箱間設立了一個連通閥門，通過調節該閥門的開度大小可以改變兩個水箱間的水流量。

1.2 水箱數學模型推導

2 控制器設計

2.1 PID控制系統原理圖及其數學模型

根據偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）進行控制（簡稱PID控制），是實驗研究與日常生產中最常見的也是應用最普遍的一種控制方法。常規的PID控制系統的原理框圖如圖2所示。

3 仿真設計

對傳統PID控制方法的仿真。經過查閱相關資料，我們知道雙容水箱的傳遞函數為：G（s）=

當參數取K=20，Ti=1，Td=350時，得到的仿真效果圖如圖4所示。

4 結語

4.1 兩種控制方法的對比研究

當雙容水箱存在延時和干擾時，這時候再繼續使用傳統的PID控制方法是不準確的，系統的超調量比較大，最后不能到達穩態值，振蕩比較嚴重。傳統的PID控制方法往往滿足不了我們的要求，而模糊PID對數學模型的要求不是特別高，故當系統的傳遞函數發生變化時，對控制要求的影響不會太大，本課題所設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針對傳遞函數不穩定和存在純延時的控制系統向比較與傳統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傳遞函數不發生變化時，模糊PID的控制效果并不比傳統的PID控制效果好，甚至還沒有傳統的PID控制方法效果好，如：系統的響應時間比較慢，通過調節一些參數使響應加快的時候，又發現超調量又比較大，或者系統的振蕩比較嚴重等等問題，還需要通過更好的控制方法來解決。

參考文獻

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