基于水箱液位控制系统的wincc与matlab的opc通讯系统设计

20CM到10CM

KP=25，Ki=1，Kd=0

10CM到20CM

分析：将上述实验过程的数据列成表格如下，数据从左至右为调整水位的动态过程，例如第一行，当水位位于10CM时，设定目标值15CM，水位最高超调到达16.3CM，然后回落至15CM附近。

PID参数 10CM 超调点 15CM 超调点 10CM 超调点 20CM 超调点 10CM Ki=1 Kd=0 Kp=10 10 16.3 15 7 10 24.4 20 4.6 10 Kp=15 10 16.1 15 8.7 10 22.7 20 6.5 10 Kp=20 10 22.3 20 6.7 10 Kp=25 10 15.9 15 6.8 10 22.0 20 7.0 10

可见，虽然在稳态时的性能已经能达到要求，但是系统的动态特性却不尽如人意，尤其是在水位大范围变动时，超调严重。参数的调节方法已经达到较好，说明问题可能出在算法自身或者是驱动器的可利用调节范围上面。通过这两种方式，有可能使动态性能达到最佳化。

3.4PID算法的研究与改进

3.4.1算法的选择

PID算法多种多样，不同的算法对应解决不同的问题，应用于不同的领域。在对水箱的控制过程中，水位从高水位回落时，原始PID的运算控制量会呈现线性趋势（即偏差存在的时间越长，控制量就越发加大），水位回落过程中，控制量会出现负值，而实验的所有数据转换都进行了归一化处理，即保证0—100对应有效的1—5V控制电压，所以当水位回落至要求的高度时，控制量开始从负值增加，而从负值增加到0的这段时间属于无效控制，即“饱和”的现象。

从PID的控制性质来看，这种问题是由于PID控制中积分环节（I）的积累作用导致的。偏差存在时间越长，积分积累的作用就越明显，进入饱和状态的时间也越长，从而导致系统控制性能恶化。这种现象又称为积分饱和现象。

当明确了控制性能上的问题之后，随即进行了算法的改进。抗积分饱和的算法有很多种，如积分分离PID，积分反馈PID，变速积分PID，梯形积分PID等等。后来从应用上考虑，选择了积分分离和积分反馈PID两种算法进行实验。

3.4.2积分分离PID算法的实验

算法介绍：所谓积分分离PID，就是在被控量与设定值偏差较大时，取消积分的作用，以免由于积分的作用使系统的稳定性降低，超调量增大。当被控量接近目标值时，从新引入积分控制，以便消除稳态误差。

搭建的matlab仿真模块如下图

仿真模块说明：中间部分如2.。。介绍，即为搭建的PID模块，其关键是利用switch模块，当第二通路的值大于某一设定值时，接通第一通路，即去掉了积分作用。当第二通路小于设定值时，接通第三通路从新引入积分作用。

实验结果：进行了几组实验，部分截图如下