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3.3 解耦控制 26
3.3.1 对角线矩阵解耦 26
3.3.2 单位矩阵解耦控制 30
3.3.3 前馈解耦控制 34
3.3.4 小结 37
3.4 基于基础PID的解耦控制 38
3.4.1 小结 41
4 监控界面的设计 43
4.1 Model的建立 43
4.2 GUI界面设计 44
4.3 小结 46
5 总结 47
致谢 48
参考文献 49
1 绪论
1.1 引言
随着科学技术的不断发展，在人们的生活中以及工业生产中关于液位控制的问题不断的被提出，例如饮品加工、居民生活供水、化工生产等多种行业的工业过程中， 都要用到水箱（蓄水池）[1]。这个过程中蓄水池的液位需要文持合适的高度，液位过高可能溢出，而液位太低会使液体提供量不足。 所以需要用到液位控制，对蓄水池的液位加以控制，保证过程的稳定从而提高效率。这些不同的工业、生活情况都可以简化成为基本的水箱数学模型。本次设计旨在研究典型的三容水箱模型，在基本PID控制器的基础上进行高级控制，改进控制算法，提升工业生产和生活中用水的效率。
1.2 国内外研究现状与水平
1.3 课题研究主要内容
本次课题以三容水箱作为模型，对三容水箱的液位进行控制。旨在基于PID控制算法的基础上进行高级控制，由于基础PID控制器对于强耦合的系统控制有限所以要加入高级控制，本次课题采用解耦控制作为高级控制，包括对角线矩阵综合法解耦、单位矩阵综合法解耦和前馈补偿装置综合法解耦。
第一章介绍了本课题的研究背景和目的，以及目前国内外对于三容水箱液位控制的各种控制策略（算法）。
第二章介绍了本次设计的设计任务以及用到的主要软件——Matlab，包括本次设计涉及的matlab软件使用方法；所用到的PID控制器和解耦控制器的原理，以及参数计算、整定、优缺点。
第三章介绍了仿真如何进行，包括设计模型、PID控制器参数整定和动态特性、多种解耦控制装置的设计和仿真。
第四章介绍了为本次设计的控制方案所制作的图形用户界面——监控界面。
2设计任务及介绍
2.1 设计任务
本次设计是以三容水箱为模型，对三容水箱的液位进行控制。用Matlab GUI （Graphic User Interface）, 设计监控界面。用Matlab Simulink设计控制系统，在采用基本PID控制器的基础上进行解耦控制，得到更好的控制性能。实验选用Matlab作为模拟仿真实验软件，三容水箱为实验用模型，控制对象是液位，控制方案选用基础PID控制和解耦控制，同时还要设计监控系统，便于观察历史曲线。
2.2 Matlab介绍
2.2.1 MATLAB 软件介绍
MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
Matlab是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，MATLAB应用非常之广泛[6]。它的运算基本单位是矩阵，它的表达式和工程中的数学表达非常相似，所以用MATLAB来解决工程上的问题会比用C等语言要来的方便，并且MATALB的最新版本甚至可以调用其它语言，例如用户常用的C、C++、JAVA等语言，故MATLAB的功能相当强大。本次设计主要用到的包括MATLAB GUI和Simulink两大部分。