多容水箱控制实验系统在全世界范围内都受到众多观注，各国也相继的研究 出多功能的实验系统，在国外发达国家，起步较早，技术也相对成熟，比如德国 Amira 公司研制的多容水箱系统，其功能强大，在教学，研发的方向有重要的硬 功，广受世界各地实验室所欢迎，国内几所研究型高校引入了此实验系统，但因 价格昂贵，也只有清华、哈工大等少数高校，对液位控制算法及研究先进算法有 着重要的作用。此虽然此实验装置功能强大，模拟现场能力很强，但其价格昂贵， 国内也仅仅少数高校和研究所引进。相比较，近些年来国内也相继研发了价格优 惠，功能比较强大的液位控制系统，比如 GWT 系列水箱液位控制系统，此系统是 由固科科技有限公司和香港城市大学联合研制的，价格优惠，功能也相对强大， 用户可以通过此实验装备研究先进 PID，智能控制等先进控制器。另外，浙江天 煌科技公司生产的 THJS-1,功能也很强大，为国内各大高校从事液位控制算法的 研究提供了具体的控制对象。虽然，我国液位过程控制相比外国许多发达国家研 究晚，研究水平偏低，但从近年研究水平上可以看出，其发展潜力还是很大的。

随着液位过程控制实验系统的发展，也滋生出许多先进的控制算法。主要有 先进 PID 控制算法、模糊控制、神经网络控制、预测控制、智能复合控制。其中 智能复合控制在近年来，越来越备受关注，它是将智能控制和其它控制算法相结 合，充分利用各算法的优点，控制简单高效，实现最优控制。

1.3 

本文主要双容水箱为控制对象的液位系统，首先介绍了实验装置，然后建立 系统数学模型，并确定系统结构参数，确定传递函数，最后设计专家 PID 控制器 进行仿真分析。本文的章节分布和大概内容如下:

第一章介绍了指出了双容液位控制系统的发展背景及研究意义、和本文主要 研究内容。

第二章介绍了实验硬件结果，首先介绍了系统的运行控制原理，然后介绍各 个硬件的作用。

第三章确定系统传递函数，先通过理论分析水箱一阶系统、二阶系统进行数 学建模，确定结构，然后实验法确定结构模型的参数，这里采用的是阶跃响应法 确定单容、双容水箱的参数，最后确定它们的传递函数。

第四章介绍了 PID 控制、专家控制、以及专家 PID 控制原理及实现方式，分 析比较它们的优缺点，最后通过专家 PID 仿真，分析对双容系统的控制效果。

2 双容水箱控制系统结构

双容水箱实验总体结构如图 2-1 所示，它主要包含两个水箱、检测元件(液 位传感器)、给水箱供水的潜水泵、数据采集卡和内有 ISA 总线插槽的工业控制 计算机等部。此外，还有一些必要的调节阀门，以及控制阀门的步进电机等连接 部件。本系统将水箱的水集中在回收水槽，然后利用回收水槽给水箱供水，所以 实验中不会浪费水，使水达到循环使用。

图 2-1 双容水箱液位控制实验装置文献综述

系统中液位的测量，是由浮漂和滑动变阻器组成的自制的液位传感器检测元 件。液位传感器检测的电信号，控制系统并不能识别，此时需要将模拟量转化为 数字量，这里工控计算机通过数据采集卡完成 A/D 转换。工控计算机接受信号 后，将处理结果通过并行端口，给步进电机的驱动器输出脉冲，控制步进电机， 然后步进电机再控制供水阀门的开度，使供水量变化，进而控制液位的高度。双 容水箱的系统原理框图，如图 2-2 所示。

图 2-2 双容水箱的系统原理框图