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模糊液位控制器在西门子PLC中的实现

作　者: 向导
导　师: 颜学峰；王修民
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制工程
关键词: 模糊控制 PID控制液位系统可编程逻辑控制器
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

常规的PID控制是工业过程控制中运用最为广泛的一种控制方法,尤其对于一些能够建立精确模型的控制对象,PID控制更是发挥出了其可靠性、鲁棒性好以及算法简单的优势。然而在很多实际的工业过程中,被控对象往往伴随着非线性和时变性等特点,以致不能获得精确的数学模型,在这样的情况下,常规的PID控制就难以达到控制的要求,因此,就需要一种不依赖于精确数学模型的控制算法来解决这个问题,模糊控制算法就是其中一种。模糊控制是智能控制的一种,其理论基础是模糊集合理论,是一种与自动控制技术相结合后形成的新兴控制手段。时至今日,模糊控制算法已经大量应用在一些难以获得精确模型的项目中。本文以液位控制系统为实验对象,通过实验的方法建立其粗略模型,设计出液位控制系统,并根据其特征选取了合适的隶属度函数和控制规则,再进行仿真,最后在西门子PLC上设计出模糊控制器,将其控制效果与常规PID控制进行比较。实验结果显示,通过模糊控制得出的性能曲线各个指标都要优于常规PID控制,这说明模糊控制具有更好的动静态性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 过程控制概述  9
  1.2 工业过程控制中的常用方法  9-11
    1.2.1 PID控制简介  9-10
    1.2.2 自适应控制简介  10
    1.2.3 模糊控制简介  10-11
  1.3 课题背景  11-13
    1.3.1 PID控制和模糊控制的发展情况  11-12
    1.3.2 PLC的发展状况  12-13
  1.4 课题研究的主要内容  13-14
  1.5 本章小结  14-15
第2章系统分析与建模  15-20
  2.1 液位控制系统  15
  2.2 水箱模型的建立  15-19
  2.3 本章小结  19-20
第3章常规PID控制和模糊控制器  20-34
  3.1 PID控制  20-22
    3.1.1 PID原理描述  20-21
    3.1.2 数字式PID控制算法  21-22
  3.2 模糊控制  22-27
    3.2.1 模糊集合  22-23
    3.2.2 模糊推理  23-24
    3.2.3 模糊控制系统基本原理  24-27
  3.3 液位模糊控制器  27-33
    3.3.1 控制器的基本结构  27-28
    3.3.2 液位模糊控制器的设计  28-33
  3.4 本章小结  33-34
第4章串级液位控制系统的仿真  34-39
  4.1 串级液位控制系统在Simulink中的仿真  34-36
    4.1.1 常规PID控制系统的仿真  34-35
    4.1.2 模糊控制系统的仿真  35-36
  4.2 两种控制器仿真的性能比较  36-38
  4.3 本章小结  38-39
第5章基于西门子PLC控制系统的实现与调试  39-57
  5.1 液位控制系统硬件结构  39-40
  5.2 SIMATIC S7-300PLC的硬件组成和STEP7系统  40-46
    5.2.1 配置S7-300PLC控制系统硬件  40-42
    5.2.2 STEP7系统  42-46
  5.3 控制算法的实现  46-50
    5.3.1 PID控制算法的实现  46-49
    5.3.2 模糊控制算法的实现  49-50
  5.4 WinCC7.0监控系统组态  50-54
    5.4.1 WinCC7.0简介  50-51
    5.4.2 WinCC的组成部分  51-53
    5.4.3 液位控制系统监控画面  53-54
  5.5 调试与分析  54-56
    5.5.1 常规PID控制的调试与分析  54-55
    5.5.2 模糊控制的调试与分析  55-56
    5.5.3 两种控制器的性能比较  56
  5.6 本章小结  56-57
第6章结论  57-58
参考文献  58-61
致谢  61

模糊液位控制器在西门子PLC中的实现

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