基于PID增量式算法液位控制設(shè)計(jì)

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1、基于PID增量式算法的液位控制設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)用VB實(shí)現(xiàn)液位控制的前臺(tái)界面（一階單容水箱液位控制），使用增量式PID算法構(gòu)成單回路閉環(huán)控制，通過(guò)調(diào)節(jié)比例放大系數(shù)、積分時(shí)間、微分時(shí)間常數(shù)在允許的誤差內(nèi)來(lái)使系統(tǒng)穩(wěn)定達(dá)到了期望的液位控制。關(guān)鍵字：增量式PID；VB;液位控制一引言人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常涉及到液位和流量的控制問(wèn)題，例如飲料、食品加工，居民生活用水的供應(yīng)，溶液過(guò)濾，污水處理，化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過(guò)程，通常要使用蓄液池。蓄液池中的液位需要維持合適的高度，太滿容易溢出造成浪費(fèi)，過(guò)少則無(wú)法滿足需求。因此，需要設(shè)計(jì)合適的控制器自動(dòng)調(diào)整蓄液池的

2、進(jìn)出流量，使得蓄液池內(nèi)液位保持正常水平，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效益。這些不同背景的實(shí)際問(wèn)題都可以簡(jiǎn)化為某種水箱的液位控制問(wèn)題。因此液位是工業(yè)控制過(guò)程中一個(gè)重要的參數(shù)。特別是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對(duì)液位進(jìn)行檢測(cè)、控制，能收到很好的生產(chǎn)效果。水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用非常廣泛，可以把一個(gè)復(fù)雜的液位控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化成一個(gè)水箱液位控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。二．PID控制的原理和特點(diǎn)在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為

3、工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。1.比例（P）控制比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Stead

4、y-stateerror）。2.積分（I）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（SystemwithSteady-stateError）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。3.微分（D）控

5、制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從

6、而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。圖1.連續(xù)模擬PID控制圖三．增量式PID控制原理當(dāng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)需要的是控制量的增量時(shí)，應(yīng)采用增量式PID控制。根據(jù)遞推原理可得：增量式PID控制算法：根據(jù)增量式PID原理，基于VB語(yǔ)言設(shè)計(jì)模型的程序如下：DiminvalveAsIntegerDimoutvalveAsIntegerDimmodeAsIntegerDimerrorAsIntegerDimsupplyAsIntegerDimxAsIntegerDimyAsIntegerDi

7、mKpAsLongDimTiAsLongDimTdAsLongDimoutputAsIntegerDimpvAsLongDimpvgraph(100)AsIntegerDimspAsLongPrivateSubCommand1_Click()'手動(dòng)Shape14.FillStyle=0Shape15.FillStyle=1mode=0HScroll2.Enabled=TrueEndSubPrivateSubCommand2_Click()'自動(dòng)Shape14.FillStyle=1Shape15.FillStyle=0mode=1HScroll2.E

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