论文摘要
液位控制是工业过程控制中的典型控制之一,工业生产过程中的液位控制早期大多采用PID控制方法实现。常规的PID控制器具有算法简单、可靠性高、无静差等优点。其核心是参数的整定,对于确定性的被控对象通过适当地调整PID的三个参数,可以获得比较满意的控制效果;但对于大时滞、时变的、非线性的复杂系统,则较难以整定PID参数,因而比较难以达到预期效果。模糊控制器具有不依赖对象的数学模型,适应能力强的突出优点,但它的稳态精度差。针对这一问题,本文在参考了大量国内外文献的基础上,提出了将模糊控制和其他控制相结合的方法,对不同类型的典型的液位模型做了仿真研究。首先简要介绍了模糊控制的特点和发展状况,指出了它的局限性;然后分别针对具有时变、大滞后的液位对象,确定了模糊控制和PID结合及模糊控制和预测控制相结合的方法,并对这两种方法做了必要的介绍。其次,对液位对象动态特性进行分析,并对单容水箱和双容水箱动态模型进行推导。再次,在变参数时用PID控制算法进行阶跃响应的曲线仿真,效果不是很理想;由此提出了模糊自适应PID控制策略,可在控制过程中实时优化控制器参数,使控制器参数与模型参数匹配,较好的实现对模型参数变化时液位对象的控制,此仿真结果表明该系统具有比常规PID更优良的特性。最后,在探讨模糊预测控制机理的基础上,针对具有大惯性、有时延的液位对象,给出了一种用模糊控制和预测控制相结合的复合控制方法。该模糊预测控制在模糊控制的基础上加入预测环节,通过增加相位超前减少时间滞后所带来的影响,准确预测液位变化趋势。仿真表明,该方法有着较高的稳态精度和动态特性,对实际液位控制具有较好的指导意义。