1. 研究目的与意义及国内外研究现状

在工业生产过程中，液位变量是最常见，最广泛的过程参数之一。在石油工业、化工生产、电力工程、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类流体的液位进行检测和控制。在工程实际中，应用最为广泛的调节器规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制。PID控制器问世至今已有70年历史，它以结构简单、稳定性好、工作可靠、调节方便而称为液位控制的主要技术之一。史密斯预估补偿针对纯滞后系统闭环特征方程中含有纯滞后项，在PID反馈控制基础上，引入了一个预估补偿环节，从而使系统闭环特征方程不含纯滞后项，抵消纯滞后特性所造成的影响，明显地减小超调量和加速调节过程，提高了控制质量。模糊控制系统是采用计算机控制技术构成的一种具有反馈通道的闭环结构的数字控制系统。模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。双容水箱系统是较为典型的非线性强耦合控制对象,工业上许多被控对象的整体或局部都可以抽象成双容水箱系统的数学模型,具有很强的代表性,因此双容水箱系统的控制方法及实验研究具有广泛的应用背景和重要的意义。

国内外研究现状

目前国内外对过程控制实验装置的研究和幵发并不能很好的满足用户的需求。自20世纪50年代以来,国内外的许多学者和工程技术人员就开始致力于克服时滞不利影响的研究。为了改善大纯滞后系统的控制品质，人们先后提出了Smith预估控制法、最优控制法、自适应控制法、有限谱配置法等方法,其中最具影响的是Smith预估控制法,使得此类大时滞系统的控制得到了很好的改进，但是前提是要获得精确的控制对象的数学模型，它对模型的误差十分敏感，这限制了它在工业控制中的广泛应用。史密斯预估补偿控制发展到现在也有很多的改进类型。在现代工业过程中，有不少的过程特性具有较大的纯滞后时间，其特点是当控制作用产生后,在纯滞后时间τ范围内，被控参数完全没有响应。常规 PID 调节，不仅超调量大而且调节时间长，不能满足高控制精度的要求。PID控制器是线性控制器。但是虽然很多工业过程中遇到的被控对象是非线性或时变的，但可以通过对其简化变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统来进行研究，这样就可以采用PID控制了。相对于常规控制系统,模糊控制系统的鲁棒性更强,外部干扰以及参数变化对控制效果的影响被大大减弱。特别是对于非线性、时变以及纯滞后系统,模糊控制比常规控制具有更好的控制效果;模糊控制算法是基于启发性的知识及语言决策规则设计的,这有利于人工控制的过程和方法,使控制系统的适应能力得到加强,使之具有一定的智能水平;双容水箱系统的最大特点就是可组装可拆卸,组合比较灵活,但是他们只提供对象,不提供控制器和控制软件,给研究带来很大的不便。

2. 研究的基本内容

调研过程控制系统的发展概况及趋势，双容液位系统的特点及研究现状。学习PID控制，串级控制，史密斯补偿器以及模糊控制的结构和工作原理。应用Matlab软件的Simulink结合具体的双容液位系统，分别建立PID控制、串级控制以及串级PID双容水箱液位控制系统，并分别展开仿真研究，讨论各控制系统的控制品质及其特点。结合具体的双容液位系统，建立其史密斯补偿控制和串级史密斯液位控制系统并展开仿真研究分析史密斯补偿控制的特点。最后结合具体的双容液位系统，建立其模糊控制系统，并对模糊控制系统进行改进，提出一种改进型模糊控制系统进行模糊控制算法研究及仿真分析。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

1、了解过程控制系统的特点及研究现状。（2016.1）

2、掌握pid控制、串级控制、史密斯补偿器以及模糊控制系统的结构和工作原理。（2016.2-2016.3）

3、熟悉matlab软件的simulink应用与仿真方法。（2016.3.21-2016.4.4）

4. 参考文献

1.金以慧.过程控制[m].清华大学出版社，1993.

2.邵裕森，巴筱云.过程控制系统及仪表[m].机械工业出版社，1996.

3.魏巍.matlab控制工程工具箱技术手册[m].国防工业出版社,2004.