基于PID控制和Simulink仿真的单容自衡水箱设计

赵东鹏

摘 要：本文以单容自衡水箱为被控对象，以MATLAB/Simulink为仿真工具，提出了PID控制方法，经过一系列参数整定，从而实现对单容自衡水箱液位的精确控制，并解决了传统水箱系统响应和调节时间长，超调大的问题。使得系统具有稳、准、快的良好性能。

关键词：单容自衡水箱;PID控制;Simulink;参数整定

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.21.084

随着科技的不断发展和人们生活水平的日益提升，我们对用于生活当中以及大多数工业生产领域的液位控制技术提出了更高的要求，使得液位控制系统具有更好的稳定性、准确性和快速性。传统的水箱液位大多采用包括手动控制在内的单回路控制方式，同时应用传统的指针型机械仪表来显示液位的当前值，如浮子式、接近开关式、电容式、声波式等。这种控制方法往往无法使系统具有一个良好的动态和稳态性能。21世纪发展的PID控制技术是一项先进的控制技术，运用PID控制技术可以很好的改善这个问题。

1 单容水箱控制系统建模

如图1所示为一个常见的单容水箱控制系统。系统由一个水箱、控制水流流入的调节阀、控制水流流出的负载阀组成。水流通过调节阀不断地流入水箱，同时也有水通过负载阀不断地流出水箱。水流入量Q1由调节阀开度加以控制，流出量Q2则由用户根据需要通过负载阀加以改变。

设Q1为输入水流量的稳态值，△Q1为输入水流量的增量值。Q2为输出水流量的稳态值，△Q2为输出水流量的增量值。设h为水箱液位高度。它由两部分组成，其中h0为水箱液位的稳态值，△h为水箱液位的增量值，即h=h0+△h。……