学海网

毕业设计 三容水箱水位控制的仿真研究，共40页，17211字。
摘要：本文以实验室设计的一种过程控制实验装置，三容水箱液位控制系统(Three Tank Water Control System, TTWCS)为研究对象。通过试验法建立了液位控制系统的水箱数学模型, 论文以液位控制系统的第三个水箱为控制对象，对液位过程系统的控制算法进行分析。
用MATLAB/Simulink建立了液位控制系统，其主调节器分别采用PID控制，模糊控制,副调节器采用比例控制。针对液位控制系统，用S函数编写PID控制程序，并分析了Kp、Ki、Kd对系统的影响。在模糊控制系统中选取合适的隶属度函数和制定出模糊控制规则，用S函数编写了模糊控制程序，并分析了误差的量化因子、误差变化率的量化因子、控制量的增量的比例因子对系统性能的影响。
并通过编写基于MATLAB的S函数，运用动画仿真技术对三容水箱系统的运行过程进行了更为直观、逼真的模拟。在MATLAB仿真环境下设计M文件，实现了友好的用户界面，使得在系统仿真过程中能够方便的选择控制方法和观察结果。
关键词: 三容水箱液位控制系统；仿真；S 函数；PID控制；模糊控制

第一章 绪论
1.1 引言
液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业中的各个领域都有广泛的应用。在工业生产过程中，有很多地方需要对控制对象进行液位控制，使液位高精度地保持在给定的数值，如在建材行业中，玻璃窑炉液位的稳定对窑炉的使用寿命和产品的质量起着至关重要的作用。液位控制一般指对某控制对象的液位进行控制调节，使其达到所要求的控制精度。
在本文中，以液位控制系统的水箱为仿真研究对象，水箱的液位为被控制量。本文主要研究基于matlab，S函数的模糊控制和PID控制的仿真。论述了模糊控制器，PID控制器的设计和S函数的编程方法。本文所设计出的模糊控制器和PID控制器用在液位控制系统中，当液位控制系统的给定参数变化时，系统能具有良好的控制效果。
1.2 系统仿真
系统仿真技术[]是以相似原理、系统技术、信息技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对真实的或设想的系统进行动态试验研究的一门多学科的综合性技术.仿真技术综合集成了计算机、网络技术、图形图像技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识，是学科交叉发展的结果.仿真[3]就是采用模型来再现真实情况，是加速产品开发周期并在最终系统中提高产品质量的重要手段。模型是系统、过程或现象的物理的或其他逻辑的表达。仿真系统包含了一个或多个动态系统的数学模型，以及这些系统与其相关环境间相互作用的数学模型。运行中，仿真系统随时间向前运行，并对所有模型在同一时间点上求解。描述复杂系统行为的方程可能比较复杂，因此仿真系统中使用的方法是以可接受的精度对这些方程进行求解的唯一途径.系统仿真就是模拟整个系统在真实的仿真环境中运行时的行为。仿真以显著地提高产品质量和可靠性、缩短研制周期、降低成本以及可以提前预测结果而著称，并能在复杂动态系统的开发设计中可以发挥如下的作用：
.......