液位集散控制系统的设计与实现

论文摘要

多容串接水箱液位控制系统是一种多变量、慢时变、大惯性的典型非线性系统,该系统难以用精确的数学模型来表示,采用常规的单回路PID控制效果较差。随着技术的发展,串级PID控制被广泛地应用于多变量、频繁扰动的被控系统,然而常规的串级控制系统由于采用参数不变的PID控制器,控制效果亦不理想。于是,人工智能控制方案应运而生,模糊控制以其特有的优势被广泛应用。本文将模糊控制与串级PID控制相结合,扬长避短,充分发挥PID控制稳态精度高、串级控制抗扰动强和模糊控制动态性能良好的优点。本文以浙江中控技术有限公司的ECS-100集散控制系统和AE2000实验装置为开发平台,作了如下研究:首先,深入分析了三容串接水箱被控对象运行过程的动静态特点,并在实验的基础上选用响应曲线法对被控对象进行建模;其次,在MATLAB/Simulink中分别对传统的单回路PID控制、串级PID控制和模糊PID串级控制进行了仿真,并且对仿真结果做了系统分析;最后,将上述三种控制方案分别在ECS-100控制系统中进行硬件组态和软件编程设计,并对比分析其控制结果,实验证明模糊PID串级控制在多变量、慢时变、大惯性系统中具有良好的控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 工业过程控制中常用的控制策略
• 1.2.1 PID控制
• 1.2.2 自适应控制
• 1.2.3 神经网络
• 1.2.4 模糊控制
• 1.3 模糊PID串级控制研究的意义
• 1.4 DCS国内外发展现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 2 基于ECS-100控制系统的实验装置
• 2.1 AE2000过程控制实验装置
• 2.1.1 装置的组成
• 2.1.2 实验装置的控制系统
• 2.2 ECS-100控制系统介绍
• 2.3 ECS-100控制系统硬件
• 2.3.1 通信系统
• 2.3.2 控制站硬件
• 2.3.3 操作站硬件
• 2.3.4 控制站数据采集端子板
• 2.4 ECS-100控制系统软件
• 2.4.1 组态软件
• 2.4.2 控制算法模块
• 2.4.3 监控软件
• 2.5 ECS-100在本课题中的应用
• 2.6 本章小结
• 3 模糊PID串级控制器的设计
• 3.1 串级控制系统
• 3.1.1 串级控制原理
• 3.1.2 串级控制系统的设计及应用场合
• 3.2 模糊PID控制器的设计
• 3.2.1 模糊PID控制器结构设计
• 3.2.2 模糊PID控制器变量模糊化
• 3.2.3 模糊PID控制器控制规则建立
• 3.2.4 模糊推理
• 3.2.5 输出量的清晰化
• 3.2.6 模糊PID控制器控制输出查询表
• 3.2.7 模糊PID控制器采样时间的确定
• 3.3 模糊PID串级控制器设计
• 3.4 模型建立与仿真
• 3.4.1 数学建模
• 3.4.2 仿真实验
• 3.5 本章小结
• 4 系统组态以及系统调试
• 4.1 系统组态
• 4.1.1 控制站组态
• 4.1.2 操作站组态
• 4.2 程序设计
• 4.2.1 传统单回路PID控制算法
• 4.2.2 串级PID控制算法
• 4.2.3 模糊PID串级控制算法
• 4.3 系统调试
• 4.3.1 系统的总监控界面
• 4.3.2 控制结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录A
• 附录B