常规PID控制器无法实现参数的在线调整，为此在常规PID的基础上加设模糊参数自整定控制器，使其根据系统的偏差的大小、方向、以及变化趋势等特征，通过Fuzzy推理作出相应决策，自动的在线调整PID的三个参数ΔKp,ΔKI,ΔKD，以便达到更加满意的控制效果的目的。
模糊PID控制器主要包括模糊参数整定器和变参数PID控制器两部分。模糊参数整定器有两个输入量：偏差E和偏差变化率EC；有三个输出量：参数ΔKp ,ΔKI,ΔKD。
PID控制器的参数整定是一件非常令人头痛的事。合理的PID参数通常由经验丰富的技术人员在线整定。在控制对象有很大的时变性和非线性的情况下，一组整定好的PID参数远远不能满足系统的要求。为此，引入了一套模糊PID控制算法。
所谓模糊PID控制器，即利用模糊逻辑算法并根据一定的模糊规则对PID控制的比例、积分、微分系数进行实时优化，以达到较为理想的控制效果，模糊PID控制共包括参数模糊化、模糊规则推理、参数解模糊、PID控制器等几个重要组成部分。计算机根据所设定的输入和反馈信号，计算实际位置和理论位置的偏差以及当前的偏差变化，并根据模糊规则进行模糊推理，最后对模糊参数进行解模糊，输出PID控制器的比例、积分、微分系数。
本设计通过PID控制器实现对系统的控制，模糊推理系统以误差e作为输入，采用模糊推理方法对PID参数kp、ki、kd进行在线整定，以满足不同误差e对控制器参数的要求。图为模糊PID控制的系统结构图。
模糊推理r+-ede/dt参数修正kpkikdPID控制器控制系统y
模糊PID系统结构图
模糊PID算法参数整定的原则是当偏差e的绝对值较大，系统处于响应阶段，为加快响应速度并防止开始时偏差e瞬间变大，需取较大的kp，为了防止积分饱和，应取较小的ki，同时为了防止微分饱和，避免系统响应出现较大的超调，应减小微分的作用。 2.2 PID 控制的优点与不足：
（1） 原理简单，使用方便，PID 参数KP、KI和KD可以根据过程动态 特性变化，PID 参数就可以重新进行调整与设定。
（2） 适应性强，按 PID 控制规律进行工作的控制器早已商品化，即使目 前最新式的过程控制计算机，其基本控制功能也仍然是PID 控制。PID 应用范围 广，虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过适当简化，也可以将其变成基 本线性和动态特性不随时间变化的系统，就可以进行PID 控制了。
（3） 鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不太敏感。 但不可否认PID 也有其固有的缺点。
PID 在控制非线性、时变、偶合及参数和结 构不缺点的复杂过程时，效果不是太好；最主要的是：如果PID 控制器不能控制 复杂过程，无论怎么调参数作用都不大。 在科学技术尤其是计算机技术迅速发展的今天，虽然涌现出了许多新的控 制方法，但PID 仍因其自身的优点而得到
了最广泛的应用，PID 控制规律仍是最 普遍的控制规律。PID 控制器是最简单且许多时候最好的控制器。 在过程控制中，PID 控制也是应用最广泛的，一个大型现代化控制系统的控 制回路可能达二三百个甚至更多，其中绝大部分都采用PID 控制。
第三章 被控对象的分析与建模
3.1三容水箱的结构
三容水箱主体由3个圆柱型玻璃容器(Tankl(T1)、Tank2(T2)、Tank3(T3))、4个阀门(VT0、VT1、VT2、VT3、VT4)、一个增压泵、一个蓄水池和响应的连接部件组成。实验台工作时，增压泵抽出储水箱内的水，通过比例电磁阀VT0注入容器T1，T1内的水再通过VT1、VT3依次流入T2和T3中，最终通过VT3流回蓄水池中，构成了一个封闭的回路。通过各个阀门（VT0--VT3)开关状态的不同组合，可组成各阶控制对象和不同的控制系统。
3.2三容水箱液位控制系统的工作原理
是通过控制流入上水箱水速的大小，通过中间介质水箱来控制下水箱液位的高度。被测对象由三个水箱相串联组成，故称其为三容对象。自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。三容水箱的数学模型是三个单容水箱数学模型的乘积，实验用水由水泵经过电动调节阀和流量计后分别向上水箱、下水箱供水。整个管路系统可以通过电磁阀的通断切换而组合成不同的回路。上下水箱各被分割成不同容积的两个水槽，可以组合
成不同时间常数的水箱。上位水箱的水由电磁阀控制，流入下水箱，两个水箱串联后组成三容水箱。
该系统控制的是有纯延迟环节的三阶三容水箱，示意图如下图
Q2
H3
Q1
H2
Qi
H1
由于此系统与实际装置有关，故将常用参数定义如下：
1.）三个发酵罐大小容积相等均为5m高，底面面积为0.2。 2.)电磁阀门控制电压为0——5v。
3.)电磁阀的开度μ的取值范围为0-1，对应控制电压的0-5v。 4.）三个阀门的液阻。 3.3数学模型推导 对水箱1
拉式变换得：
?Qi(S)??Q1(S)?A1S?H1(S)
对水箱2
拉式变换得：
?Q1(S)??Q2(S)?A2S?H2(S) 对水箱 3
拉式变换得：
?Q2(S)??Q3(S)?A3S?H3(S) 则对象的传递函数为： =++=
第四章 MATLABSIMULINK仿真介绍
4.1软件介绍
SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析。SIMULINK的最新版本
【最新版】基于matlab的三容水箱系统的设计与仿真毕业课程设计
