基于自适应模糊PID控制的多容水箱的液位控制

发布时间：2017-07-29 17:33

  本文关键词：基于自适应模糊PID控制的多容水箱的液位控制

  更多相关文章： 粒子群算法 模糊PID控制器 A3000系统 液位 MATLAB

【摘要】：在现代化的工业生产中,过程控制扮演着十分重要的角色。人们一般会选择温度、液位、流量和压力等作为被控物理量,本论文所选用的被控对象是水箱液位,实验仪器为A3000过程控制系统。A3000过程控制系统具有很强的工业特性,可以模拟各种工业生产过程。自适应模糊PID控制器由于不需要进行建模,并且它的鲁棒性和抗干扰性能较强,所以得到了广泛的应用。本文在下面架构下采用了自适应模糊PID控制器对多容水箱液位进行了控制。本文的主要工作内容如下:本文首先介绍了PID控制、云模型控制和模糊控制,并有效地将算法结合起来,设计出云PID控制器和自适应模糊PID控制器,利用Simulink仿真软件对水箱系统进行液位的仿真。从仿真中可以看出自适应模糊PID控制器的控制效果更好,说明它具有一定的鲁棒性。在自适应模糊PID控制器的基础上,加入了粒子群算法,设计出一种新型的智能控制器。利用粒子群算法先对自适应模糊PID控制器的参数进行离线修正,然后将优化得到的参数值赋给相应的参数,这样它就可以弥补模糊控制器和PID控制器的参数选择问题的缺陷。将此新型控制器运用到水箱系统中,并在MATLAB中对控制系统进行了仿真,仿真结果表明此新型智能控制器的控制效果优于常规PID控制器和自适应模糊PID控制器。然后本文就单容、双容水箱的原理和特性进行了简要的分析,依照它的原理和特性制定了控制策略,并且设计出自适应模糊PID控制器。使用MATLAB软件编写自适应模糊PID控制器的程序和组态王软件设计出水箱现场的监控画面。简要的介绍了MATLAB与组态王的数据交换和PC客户端与A3000系统的连接。然后就A3000系统进行实验,从实验可以得出该控制算法的可行性。最后对全文进行了总结,分析了本文设计的控制器的优点以及值得改进的地方,并对今后的研究指出了方向。
【关键词】：粒子群算法 模糊PID控制器 A3000系统 液位 MATLAB
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 研究背景与意义11
• 1.2 先进控制技术的发展过程11-12
• 1.3 A3000高级过程控制系统12-13
• 1.3.1 A3000控制系统的简介12-13
• 1.3.2 A3000过程控制系统的应用13
• 1.4 论文结构13-15
• 第2章 PID和云模型以及模糊算法15-38
• 2.1 常规的PID控制系统15-17
• 2.1.1 PID控制器15-16
• 2.1.2 PID的离散化16-17
• 2.1.3 比例积分微分参数的整定17
• 2.2 云模型控制系统17-24
• 2.2.1 云模型的概念17-19
• 2.2.2 云模型发生器19-20
• 2.2.3 云模型的不确定性推理20-22
• 2.2.4 水箱系统的云模型仿真22-24
• 2.3 模糊控制系统24-27
• 2.3.1 模糊控制的起源24
• 2.3.2 模糊控制系统的特征24-25
• 2.3.3 模糊控制器的设计25-27
• 2.4 模糊PID控制27-35
• 2.4.1 自适应模糊PID的发展27-28
• 2.4.2 自适应模糊PID控制器的设计28-35
• 2.5 自适应模糊PID控制器的仿真研究35-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第3章 基于粒子群算法的自适应模糊PID控制器的优化38-43
• 3.1 粒子群算法的原理38-39
• 3.2 粒子群算法优化模糊PID控制器的参数39-42
• 3.3 仿真研究42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 基于A3000过程控制实验装置的液位控制43-57
• 4.1 前言43
• 4.2 单容水箱系统的原理与系统结构43-45
• 4.2.1 单容水箱系统的原理43-44
• 4.2.2 单容水箱的系统结构44-45
• 4.3 硬件平台45-47
• 4.3.1 A3000过程控制实验装置45-46
• 4.3.2 I/O模块46-47
• 4.4 软件平台47-51
• 4.4.1 监控界面的设计47-50
• 4.4.2 MATLAB与组态王的数据通信50-51
• 4.5 自适应模糊PID控制器的设计51-53
• 4.5.1 控制策略的制定51-52
• 4.5.2 规则推理的设计52-53
• 4.5.3 自适应模糊PID算法53
• 4.6 实验结果与分析53-56
• 4.7 本章小结56-57
• 第5章 双容水箱的液位控制57-63
• 5.1 引言57
• 5.2 双容水箱控制系统57-58
• 5.2.1 双容水箱系统57-58
• 5.2.2 双容水箱的系统结构58
• 5.3 双容水箱液位的自适应模糊PID控制58-60
• 5.3.1 控制策略的制定58-59
• 5.3.2 规则推理的设计59-60
• 5.4 实验结果与分析60-62
• 5.5 本章小结62-63
• 第6章 总结与展望63-65
• 6.1 研究总结63
• 6.2 研究展望63-65
• 参考文献65-68
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文及科研成果68-70
• 致谢70-71
• 详细摘要71-75

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本文编号：590321