基于fuzzy_pid控制器的双容水箱液位控制系统仿真设计说明书

用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。 3.1.2模糊PID控制器

PID控制器的参数整定是一件非常令人头痛的事。合理的PID参数通常由经验丰富的技术人员在线整定。在控制对象有很大的时变性和非线性的情况下，一组整定好的PID参数远远不能满足系统的要求。为此，引入了一套模糊PID控制算法。

所谓模糊PID控制器，即利用模糊逻辑算法并根据一定的模糊规则对PID控制的比例、积分、微分系数进行实时优化，以达到较为理想的控制效果，模糊PID控制共包括参数模糊化、模糊规则推理、参数解模糊、PID控制器等几个重要组成部分。计算机根据所设定的输入和反馈信号，计算实际位置和理论位置的偏差以及当前的偏差变化，并根据模糊规则进行模糊推理，最后对模糊参数进行解模糊，输出PID控制器的比例、积分、微分系数。

本设计通过PID控制器实现对系统的控制，模糊推理系统以误差e作为输入，采用模糊推理方法对PID参数kp、ki、kd进行在线整定，以满足不同误差e对控制器参数的要求。图3.2为模糊PID控制的系统结构图。

模糊推理r+-ede/dt参数修正kpkikdPID控制器控制系统

图3.2模糊PID系统结构图

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模糊PID算法参数整定的原则是当偏差e的绝对值较大，系统处于响应阶段，为加快响应速度并防止开始时偏差e瞬间变大，需取较大的kp，为了防止积分饱和，应取较小的ki，同时为了防止微分饱和，避免系统响应出现较大的超调，

应减小微分的作用。

3.2 双容水箱液位控制系统的仿真过程

为了验证PID模糊控制器的控制效果，用Matlab/Simulink软件进行仿真，通过对双容水箱液位控制的分析，在了解其控制过程性能特点的基础上，选用其功能强大的MATLAB进行仿真。MATLAB是现今流行的一种高性能数值计算与图形显示的科学和工程计算软件，基本单位为矩阵，并且矩阵的行和列无需定义，可随时添加和修改，有极强的可扩展性，主要包括主程序，SLMULINK和工具箱。

MATLAB/SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它具有模块化、可重载、可封装、面向结构图编程及可视化等特点，可大大提高系统仿真的效率和可靠性。MATLAB的优化工具箱中提供了一系列用于解决无约束和有约束问题的优化函数，可以方便地用来对普通非线性函数求解极大或极小值。利用SIMULINK和优化工具箱，用仿真与优化有机结合以实现PID控制器参数的优化。在换热器动态特性分析基础上，设计简便演示程序，这样可以方便的观察双容水箱液位的仿真曲线; 采用fuzzy-pid控制器的双容水箱液位控制系统仿真框图如图4.1所示：

图4.1系统仿真框图

仿真曲线如下图4.2所示：

图4.2仿真曲线图

运行仿真程序，得到如图4.2所示的仿真结果。图中黄线表示PID控制器仿真曲线图，红线标示fuzzy-pid控制器的仿真曲线图。从图中可以知道，在阶跃响应下，与传统PID仿真图，fuzzy-pid控制器的仿真曲线图的上升时间和调节时间大大缩小，超调量明显减小，大大提高了系统的动态性能。

本设计以双容水箱的液位控制系统为被控对象，采用将常规PID控制与模糊PID控制相结合的控制策略，仿真结果表明模糊PID对液位的控制不仅具有良好的动静态品质，而且具有较强参数时变的适应能力。

第四章 设计总结

本次设计是对fuzzy-pid控制器的双容水箱液位控制系统系统的仿真，通过对相应控制系统的设计、分析及仿真，来不断地对控制系统参数进行整定和修改，最终使系统达到稳定状态。

经过这一周的Matlab课程设计，让我认识到了Matlab在各个领域的重要性，同时也对Matlab这门学科有了更深入地了解。这次课程设计使自己学到了很多知识，更进一步地加深了自己对Matlab/Simulink软件的认识与了解。除此之外，还学到了很多在书本上所没有学到的知识，并且提高了自己查阅资料、分析问题、解决问题的能力，也使自己对控制系统仿真的整体性有了一定的了解。

我觉得想要学好MATLAB是不容易的，这是一件需要持之以恒的事，必须要坚持不懈的学习，还需要敢于开口向别人请教，更需要我们勤于思考，勤于记忆，