智能液位控制器的算法解析

智能液位控制器算法

1典型的二阶系统分析

典型的二阶系统单位阶跃响应误差曲线如图3所示。在图3中ⅰ、ⅲ、ⅴ、ⅶ……区域，误差朝减小的方向变化，此时可实施较弱的控制作用或保持等待。在ⅱ、ⅳ、ⅵ、ⅷ……区域，误差朝值增大的方向变化，此时可根据误差的大小分别实施较强的或一般的控制作用。对于典型二阶系统阶跃响应过程分析如下。

设ek表示离散化的当前采样时刻的误差值，ek-1、ek-2分别表示---个和---个采样时刻的误差值，则有：

△ek=ek-ek-1

△ek-1=ek-1-ek-24—1

1当|ek|***emax时，说明误差的值很大，此时不论误差的变化趋势如何，都应考虑控制器按或输出，以迅速调整误差。即：

uk=umax当ek>0时

uk=umin当ek<0时4—2

2当ek·△ek>0时，说明误差在朝值增大的方向变化，此时如果emid≤|ek|

uk=uk-1+k1·△uk4—3

如果emin≤|ek|

uk=uk-1+△uk4—4

3当ek·△ek<0时，说明误差在朝值减小的方向变化，此时如果emid≤|ek|

uk=uk-1+△uk4—5

如果emin≤|ek|

uk=uk-1+k2·△uk4—6

4当|ek|

uk=uk-1　4—7

以上式中：

umax—控制器输出大值;

umin—控制器输出小值;

uk-1—第k-1次控制器输出;

△uk—kp[ek-ek-1]+ki·ek+kd[ek-

2ek-1+ek-2];

k1—放大系数，k1>1;

k2—抑制系数，0

emax、emid、emin为设定的误差界限，其中emax>emid>emin。

2智能液位控制器规则

智能液位控制器是在常规液位控制器的基础上，根据及操作人员的实际经验，针对具有大滞后、时变、非线性系统而提出的控制方法。其主要特点是按区段进行不同算法的调节，它既有bang-bang控制的快速性，又有迟滞控制的稳定性和抗干扰能力。根据上述的分析，总结出相应的控制规则如下：

规则1：如果|ek|***emax

则uk=umaxek>0时;

或uk=uminek<0时

规则2：如果emid≤|ek|

则uk=uk-1+k1·△uk

ek·△ek***0时;

或uk=uk-1+△uk

ek·△ek<0时

规则3：如果emin≤|ek|

则uk=uk-1+△uk

ek·△ek***0时;

或uk=uk-1+k2·△uk

ek·△ek<0时

规则4：如果|ek-1|

则uk=uk-1

由上述四条规则可知，智能pid算法本质上是非线性的，能较好克服常规pid的缺点。规则1、4条体现了系统的快速性与稳定性，规则2、3条体现了pid变参数调节的自适应性。

5、采用plc实现的智能控制策略

1硬件配置

可编程序控制器硬件配置采用三菱公司的fx2n-32mr主机和fx2na/d及d/a输入输出模块组成。水位设定值和水位实际采样值经过a/d模块转换成数字量，plc根据智能液位控制器规则进行运算处理后，经d/a模块输出模拟调节信号到变频器，由变频器调节水泵的转速，即出水量，从而实现了水位的自动控制。

2软件实现

智能pid算法是在plc中完成的。随着微处理技术的不断发展，plc的运算速度越来越快，功能也越来越强，用plc进行软件编程和规则判别非常容易。实现文中的控制算法只要对相关的参数进行四则运算和参数比较即可。智能pid算法中emax、emid、emin等各参数的大小及采样周期t的频率在调试中具体确定。

使用plc作为数字调节器，将智能液位控制器算法应用于企业的生产用水的远距离的液位控制系统中，是对仿人智能控制算法的一种新的尝试，为具有滞后环节的控制系统设计提供了有益的启示。实践证明，使用智能液位控制器算法应用于该系统后，系统的响应快、超调小、水位稳定并具有较高的控制精度、满足了生产要求，取得了较好的控制---。
液位控制器：
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