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4.3.2 实验内容和步骤 23
4.4 二阶双容水箱液位PID控制实验 25
4.4.1 实验原理 25
4.4.2 实验内容和步骤 26
4.5 小结 28
结论 29
致谢 30
参考文献 31
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
在控制系统中，人们对于系统的控制精度、系统的稳定性、控制的精度和适应能力的要求随着工业生产的迅猛发展而越来越高。但是，在实际生产过程中，控制对象所具有的时延和非线性等特性使一般的控制手段很难达到预期控制效果。这样，研究以时延、非线性对象为基础的先进控制策略对于提高系统的控制水平具有非常重要的实际意义。
本文所涉及的控制系统是一种实验装置，它可以模拟多种对象的特性。这个实验装置可以应用于控制理论和控制工程数学以及实验研究等方面。通过该理想平台，可方便用户构成多节系统对象，既可以完成一些经典教学控制实验，如PID控制器设计与调试；也可以进行智能控制实验与研究，如模糊逻辑控制器的设计与调试。
1.2 液位流量温度测控系统的研究意义
生产过程中的自动化控制水平、工业产品的质量和和服务品质的要求随着工业生产的迅猛发展越来越高。工业生产中出现的任何一个先进实用的控制、监测算法都积极推动着工业生产的快速发展。
但是通常情况下，应用于生产实际的技术并未与当前先进的学术研究成果保持同步。实际的应用技术往往比理论成果滞后，甚至有一些应用与理论研究相差甚远。这种不同步是目前控制领域所面临的主要难题，其中主要原因就是实际生产控制背景与理论学术研究相差甚远，使得理论研究缺乏实际背景的支持，在应用于实际情况时，遇到的各种实际因素阻碍其发展应用[7、8、9]。所以在这种难以模拟出实际工业过程的实验条件下，开发实用经济并且具有对象特性的实验装置缓解了这一难题，可以称它是一条能够将学术理论成果快速转换成现实应用技术的捷径。
多容器流程系统是一种过程控制中典型的控制对象，它是一种具有纯滞后非线性的耦合系统。在实际生产中的应用背景非常广泛。由于系统具有多输入、多输出的关系以及系统的内部具有十分复杂的关联和构成，所以在控制这类过程时，使用常规仪表和经典的控制方法不但会使控制系统的调节品质明显降低，而且在耦合严重的情况下会让各个系统都无法正常运行[10、11、12、13、14、15]。多容器流程系统的非线性、大迟延、耦合系统以及多输入多输出可以用液位控制系统来模拟，该液位控制系统对液位控制算法的研究在实际的工程应用中意义重大。
1.3 集散控制系统的发展的方向及其历史
20世纪60年代，工业生产过程的大规模化，复杂化和计算机技术的发展，工业过程计算机控制系统也随之进一步完善。20世纪70年代初，随着大规模集成电路、控制技术、微处理器技术以及显示技术等的进一步发展，美国的一家公司在1975年推出第一套名为TDC-2000集散控制系统。该控制系统融合了计算机控制系统的优点和常规的模拟仪表控制系统的优点。20世纪80年代，微处理器运算能力的增强，推动着过程控制器同步更新发展。20世纪90年代初，随着工业生产对控制和管理要求的不断提高，管控一体化的第四代集散控制系统产生了。该集散控制系统将生产过程控制系统和信息管理系统紧密结合起来。集散控制系统的发展方向有两个，一个方向是向现场总线控制系统发展；另一个方向是向计算机集成过程和制造系统发展[16、17、18]。
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