4.3 PID调节的过程及参数整定 23

4.4 对PID控制程序的改进 24

4.5 本章小结 27

结  论 28

致  谢 29

参考文献 30

附录A  增量式PID控制程序 31

附录B  改进后的增量式PID控制程序 33

1  绪论

1.1双水箱系统的研究背景及其意义

    在现实生活以及工业生产过程中，经常要涉及到液位的控制问题[1]，例如饮料、食品的加工，居民生活用水的供应，溶液的过滤，污水的处理，化工生产等。液位控制系统是以某被控对象( 如水箱、锅炉等)的液位为被控参数，通过控制器的控制与调节作用使该参数维持在期望值，并满足一定的动态及稳态精度的控制系统。由于一个复杂的液位控制系统可以简化成一个水箱液位控制系统[2]来实现，所以水箱液位控制系统的设计应用非常长广泛。论文网

    双容水箱系统是典型的二阶系统[3]，是过程控制的典型代表, 是众多过程控制专家研究的热点之一, 在工业生产过程中，广泛存在于石油化工过程中的蒸馏塔、化学反应器、液体传输设备及热工过程中的锅炉、热交换器等对象中。由于其自身存在滞后、非线性特性及控制比较复杂的特点, 系统状态, 系统参数和控制算法均会直接影响控制精度, 经典的PID 控制显然难以达到比较好的控制效果，需要对其进行改进。

1.2 PID控制的发展历史和现状

PID控制器问世至今已有70多年历史，它以结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等优点，成为了工业控制的主要技术之一。现今的PID控制器是在1915-1940年期间开始产生并逐渐发展起来的。在1942年和1943年，zieiger及Nichols等人分别研究了比例、积分和微分在控制过程中的作用，首次提出了关于PID控制器的参数整定问题。经过各大公司和专家50多年的努力，PID控制器在参数调整方面有了许多成果。如预估PID控制(Predictive PID)、自适应PID控制(adaptive PID)、自校正PID控制(self-tuning PID)、模糊PID控制[4、10](Fuzzy PID)、神经网络PID控制[5](Neura PID)、非线性PID控制(Nonlinear PID)等高级控制策略来调整和优化PID参数。

PID控制是至今应用最广泛的控制技术，全世界超过90%的控制回路都在使用PID控制，在石化，化工，造纸等工业领域，甚至有97%的常规控制器都是PID控制器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品。随着现代工业的发展，人们面临的被控对象越来越复杂，对于控制系统的精度性能和可靠性的要求越来越高，人们对于PID控制的改进也与时俱进，如日本的Inoue提出的重复控制，卡尔曼提出的卡尔曼滤波理论，美国Michigan大学的Holland教授提出的遗传算法，Smith提出一种纯滞后补偿模型[7]等。相信PID控制技术必将和先进控制策略相结合向高精度、高性能、智能化的方向发展。

 1.3 PID 控制原理及改进

PID控制是比例积分微分控制的简称[8、9]。其原理就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。PID控制包括三个校正环节，各个校正环节的作用如下:

(1) 比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号。error(t)偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。