双容水箱的液位控制系统仿真研究开题报告

全文总字数：2261字

1. 研究目的与意义

随着现代工业和科学技术的迅猛发展，在实际工业生产过程中的被控对象越来越复杂，具体表现为高度非线性、高噪声干扰、动态突变性以及分散传感元件与执行元件，分层和分散的决策机构，多时间尺度，负责的信息结构等。除了复杂性外，往往还存在着某些不确定性。这些复杂性和不确定性都难以用精确的数学模型来描述，采用基于精确模型的传统控制措施就很难解决上述复杂性问题，难以达到理想的控制效果。研究对非线性、时滞对象的控制策略，提高系统的控制效果，具有非常重要的实际意义。

智能控制理论中的模糊控制无需用精确数学模型来表示的对象。智能控制是自动控制发展的较高阶段。这种新兴的控制策略，给工业过程控制注入新鲜的动力，大大提高了工业过程控制的控制水平，推动了控制科学的不断发展。

如今工业控制的要求越来越高，传统控制策略难以满足要求。因此，在实际生产过程中一旦遇到各种实际问题，就很难达到理想控制要求。对复杂系统的控制需要改进控制方法，就需要建立适合现代控制的新理论。

2. 国内外研究现状分析

在过去的几十年里，pid控制器在工业控制中得到了广泛的应用。在控制理论和技术发展到今天，工业过程控制中95%以上的控制回路都有pid控制结构，并且许多高级控制都是以pid控制为基础的。

最早的pid控制器的参数整定方法是在1942年由ziegler和nichols提出的简称z-n的整定公式。尽管半个多世纪已经过去了，但至今在工业控制中普遍应用。1953年cohen和coon继承和发展了z-n整定公式，同时也提出了一种考虑被控过程时滞大小的cohen-coon整定公式。

随着控制策略的改进和控制要求的提高，新型的pid参数调整方法已经渐渐被建立。新型的pid控制技术往往结合人工智能化的策略，以提高系统的自动化程度。

3. 研究的基本内容与计划

1.引言

2.对双容水箱的结构进行介绍，利用原理图进行简化，得到一个关于双容水箱的的二阶模型。通过对二阶系统的分析，采用机理建模的方法建立双容水箱的二阶惯性传函的数学模型，并利用阶跃响应曲线法测定被控对象的相关参数。然后，对被控对象的特性进行分析。双容水箱系统的控制响应时间较长存在的偏差较大，需要对响应时间和偏差进行调整。

3.介绍pid控制算法的基本理论和特点，并与smith预估补偿控制进行对比。传统的pid控制算法结构简单，参数易于调整，而smith预估补偿控制算法融合到pid控制算法中，对纯滞后系统有较好的控制效果。对于稳态精度要求不高、结构较简单的控制系统，采用传统pid控制更容易实现。虽然新型控制算法层出不穷，但pid控制算法以其独特优势，在控制过程中仍然还总有较高比重。

4. 研究创新点

（1）概述pid控制及模糊pid控制的发展及应用；

（2）介绍液位控制系统的结构，并建立其数学模型；

（3）介绍传统pid控制器与模糊pid控制器的特点，以及smith预估补偿控制对纯滞后系统的控制特点；