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摘要： 三容水箱是典型的非线性、强耦合的对象，在工业、实验中很多被控对象都可以选用经典三容水箱的数学模型，它集自动化、计算机、通讯、自动化控制为一体的多功能实验装备。目前在过程控制中用到最多的控制方案就是使用基础PID控制器，但是对于三容水箱这种非线性、强耦合的对象，基础PID的作用就捉襟见肘了。所以本次设计的目的是在基础PID控制的基础上应用高级控制——对三容水箱的液位进行解耦控制，针对三容水箱非线性、强耦合的特点，使其具有高实时性、跟随性、鲁棒性。同时对多种解耦控制进行对比，分析得到最佳方案的解耦控制，和基础PID控制器相结合，以此得到更好的动态性能。本次设计中包含对象模型的建立、系统的选择和设计、解耦算法的计算、监控界面的设计等。24440
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毕业论文关键词：Matlab；三容水箱；液位控制；解耦控制；监控界面；
Design of the three-tank water tank level control system based on Matlab GUI (control algorithm)
Abstract: T h e t h r e e - t a n k w a t e r t a n k i s a t y p i c a l n o n l i n e a r , s t r o n g c o u p l i n g o b j e c t , m a n y c o n t r o l l e d o b j e c t s c a n b e r e a t e d a s a m a t h e m a t i c a l m o d e l o f t y p i c a l t h r e e - t a n k w a t e r t a n k i n t h e i n d u s t r i e s o r t h e e x p e r i m e n t s , it is a multifunctional experimental equipment that integrate the automation control, computer technology and communication technology. The most popular method of controller system in progress control is using the basic PID controller. But to the three-tank water tank which has the nonlinear,strong coupling properties, the basic PID controller can not due. As above,the main purpose of this design is to use advanced control of three-tank liquid level decoupling control based on the basic PID controller aim at resolve the three-tank’s nonlinear, long hysteresis characteristics, make it a high real-timed, followed, robust system. This design involves creating object models, selection and design of the system to calculate decoupling algorithm, monitoring interface design.
Keywords: Matlab; three-tank water tank; level control; decoupling control; monitoring interface
目录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状与水平 1
1.3 课题研究主要内容 1
2 设计任务及介绍 3
2.1 设计任务 3
2.2 Matlab介绍 3
2.2.1 MATLAB 软件介绍 3
2.2.2 MATLAB GUI介绍 4
2.2.3 SIMULINK 介绍 5
2.3 过程控制介绍 6
2.3.1 液位控制系统介绍 6
2.4 PID控制介绍 7
2.5 解耦控制系统介绍 10
2.5.1 对角线矩阵解耦原理 11
2.5.2 单位矩阵解耦原理 11
2.5.3 前馈补偿解耦原理 11
3 模型与控制算法设计 13
3.1 建立模型 13
3.1.1 在Matlab中建立模型 13
3.2 基础PID控制 17
3.2.1 PID参数的整定和结果 17
3.2.2 恒值给定情况的图像 21
3.2.3 阶跃给定的情况 22
3.2.4 动态性能检测 22
3.2.5 小结 26