单容水箱液位模糊控制系统设计

摘要

    液位控制是工业控制中的一个重要问题,针对液位控制过程中存在大滞后,时变,非线性的特点,为适应复杂系统的控制要求,人们研制了种类繁多的先进的智能控制器,模糊控制器便是其中之一。模糊控制，使控制系统的响应速度快,过渡过程时间大大缩短,超调量减少,振荡次数少,具有较强的鲁棒性和稳定性,在模糊控制中扮演着十分重要的角色。

    本文介绍了模糊控制在单容水箱的液位控制系统中的应用。首先建立了液位控制系统数学模型,介绍了PID控制和模糊控制的基本原理, 然后利用 MATLAB 工具对控制对象进行了跟踪设定值,进行单容水箱液位模糊控制方面的仿真研究。模糊控制算法与常规 PID 算法相比具有鲁棒性强和动态性能好等特点,该控制方法对于单容水箱系统控制是有效的。

关键词： PID控制，模糊控制，simulink 仿真

Abstract

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Keywords: PID control，tank fuzzy control，simulink simulation

目录

第一章  绪论 6

1.1 选题背景、研究意义及文献综述摘要 6

1.1.1选题背景 6

1.1.2研究意义 6

1.2模糊控制在工业中的应用 7

1.3系统的控制算法种类 8

1.4 本文档的主要内容 9

第二章 单容水箱液位系统组成及数学建模 10

2.1 单容水箱的组成 10

2.2 单容水箱液位的数学建模 10

第三章 控制系统的设计 12

3.1 PID控制算法和模拟PID调节 12

3.2 PID控制规律 14

3.2.1数字PID控制算法 16

3.2.2控制器的P，I，D项选择 16

3.3模糊控制理论的起源与发展 17

3.4 模糊控制系统 20

3.4.1 模糊控制系统的组成 20

3.4.2 模糊控制器的组成 21

第四章 单容水箱液位模糊控制系统的设计 26

4.1 输入、输出变量的论域和模糊化 26

4.2 量化因子和比例因子 27

4.3隶属函数的选择 29

4.4 模糊控制规则表 30

第五章 单容水箱液位控制系统的仿真研究 32

5.1 MATLAB简介 32

5.1.1 MATLAB 基本功能 32

5.1.2逻辑工具箱 33

5.1.3 模糊逻辑的SIMULINK 33

5.2 单容水箱液位的MATLAB仿真 34

5.3 模糊控制系统simulink仿真步骤 35

参考文献 42

致谢 44

毕业设计小结 45