基于GUI的双容水箱建模与模糊控制器设计实现开题报告

全文总字数：1366字

1. 研究目的与意义

研究目的：根据双容水箱的数学模型，使用MATLAB软件的设计使得液位控制通过模糊控制器实现，系统中的各项参数及仿真图形结果采用Matlab下的GUI进行界面和参数的设置，从而构成具有可视化的双容水箱模糊控制系统。

研究意义：随着工业水平的进步与发展，生产者对于自动化控制的指标要求也越来越高，为了达到这个要求，就迫切需要开发与研究更为先进，实用的控制算法。在双容水箱的液位控制中，通常采用机理建模，以液位差及其变化率为输入，阀门开度为输出。然而，该输入是时变的，且系统是非线性系统。若采用经典控制的方法，误差较大，抗干扰能力也比较弱。模糊控制对非线性或不确定对象具有良好的控制效果，控制超调较小，调节速度较快，抗干扰性以及鲁棒性方面都较好。因此本课题采用模糊控制算法进行双容水箱的控制器设计与闭环控制仿真，是具有理论和应用意义的.

2. 国内外研究现状分析

在国内，在双容水箱液位模糊串级控制系统设计中，它结合了PID控制算法和模糊控制的优点，可以实现PID的参数的调整，使系统的响应速度更快[1]；在基于组态王与MATLAB的双容水箱的模糊控制研究中，他们的设计者考虑了液位控制的大滞后性，时变性和非线性选择了模糊控制。并创新的利用组态王软件进行上位机监控系统的开发[2]；在模糊算法在双容水箱液位控制系统中的应用中，建立了串联双容水箱液位控制系统的数学模型，针对传统模糊控制存在静态误差较大的问题，提出了在模糊控制器上并联积分器的方法，并且在PD算法的基础上提出了模糊PID控制法[3]；在基于PLC和WINCC的水箱液位模糊控制研究与应用上，采用S7-300的CPU315-2DP设计了一个双容水箱的液位模糊控制器，该模糊控制器克服了传统PID控制对被控对象精确数学模型的依赖，通过查询预先计算出的模糊控制量表直接实现智能控制，通过在WINCC中的参数连接与装置实现页面运行画面的监测[4]；在模糊PID控制在S7-300PLC中的实现和应用上，采用模糊自适应PID串级控制方案，基于模糊规则在线调整PID参数，在西门子S7-300PLC中编制梯形图，可以控制功率较大的双容水箱系统[5]。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

（1）就双容水箱的模糊控制的研究现状以及存在的问题，确定合适的控制对象，采用机理建模建立其数学模型并进行离散化处理；

（2）利用matlab中的界面编程软件gui进行参数设置界面设计；

4. 研究创新点

方案特点：根据双容水箱的数学模型采用模糊控制器的方法设计液位控制器，对非线性，时变的系统具有良好的控制效果。不但减少了超调量，提高调节速度，而且增强了抗干扰能力。基于GUI对仿真界面去进行仿真界面的设计，用来对系统性的参数进行设置，显示得到仿真曲线。