基于模糊pid的液位控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及液位控制领域，尤其涉及一种基于模糊PID的液位控制系统。
【背景技术】
[0002]水泵一般不能直接精确实现液位的控制，现在常用的方法是采用PID控制器来控制水压变化，但PID控制器要求设计精确的数学模型，并且由于供水系统管道长、管径大，管网的充压都较慢，故现有技术的水泵液位控制系统系统是一个大滞后系统，对于时变、非线性等复杂系统的处理十分困难。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型目的在于克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种基于模糊PID的液位控制系统，在保留传统PID控制的优点的同时，结合模糊控制的优点，对液位进行实时控制，达到更高的精度和稳定性。
[0004]本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0005]基于模糊PID的液位控制系统，包括模糊PID控制器、液位设定器、D/Α转换电路、水泵、对水泵进行驱动的驱动电路、对液位进行检测的液位传感器、Α/D转换电路。
[0006]液位设定器的输出端接入模糊PID控制器的预设信号输入端，模糊PID控制器、D/Α转换电路、驱动电路、水泵依次顺序连接，液位传感器设置在水泵内，用于采集水泵的液位，液位传感器的输出端连接Α/D转换电路，Α/D转换电路的输出端接入模糊PID控制器的实测信号输入端。
[0007]液位传感器实时采集水泵的液位，液位传感器的输出端通过Α/D转换电路处理成为数字量液位高度后接入模糊PID控制器的实测信号输入端；
[0008]模糊PID控制器将数字量液位高度与设定液位高度之间的差值作为模糊PID控制器的输入量，由模糊PID控制器进行比例、微分及积分算法后，输出控制信号，控制信号输出端通过D/Α转换电路接入驱动电路对水泵进行液位控制。
[0009]使用时，首先通过液位设定器向模糊PID控制器提供液位高度的预设值；再通过液位传感器测量出实际液位高度信号，经Α/D转换电路处理后提供给模糊PID控制器；由于液位高度的预设值和实测值之间存在差值，通过模糊PID控制器对获得的信号进行比例、微分及积分算法后，即可得到对水泵的控制信号；最后模糊PID控制器将得到的控制信号经D/Α转换电路提供给驱动电路，驱动水泵，达到对液位的控制；本实用新型基于模糊PID的液位控制系统为一个闭环系统，具有在线参数自整定能力。值得指出，本实用新型模糊PID控制器的控制过程使用的模糊PID控制算法为现有技术的比例、微分及积分算法，本实用新型保护基于模糊PID的液位控制系统的组件及组件之间的连接结构。
[0010]模糊PID控制器以单片机或者DSP为基件进行设计，能够根据不同测量精度的要求选择不同的单片机或者DSP;由于DSP具有测量控制精度高、成本低、体积小、功耗低等优点，因而可以制成单机，广泛应用于化工、农田等行业对液位进行精确控制。
[0011]液位设定器包括键盘，通过键盘输入设定液位高度，并将设定液位高度传输给模糊PID控制器，键盘输入是传统并且常用的输入工具，其价格低廉、使用方便。
[0012]D/Α转换电路和Α/D转换电路按照实际测量精度要求来选择不同的分辨率，并选择D/Α转换电路和Α/D转换电路的工作频率。
[0013]较优地，液位传感器为测量液位的压力传感器，包括隔离型扩散硅敏感元件或者陶瓷电容压力敏感传感器。所液位传感器测得的信号经Α/D转换电路处理后变成数字量送入单片机或DSP。
[0014]较优地，本实用新型还包括LED显示器，所述模糊PID控制器的信号显示输出端连接有LED显示器，所述的LED显示器用于显示液位设定器设定的液位高度和实际测量的数字量液位高度。通过LED显示器可以直观地为用户提供检测数据，便于用户对系统进行分析和监测。
[0015]本实用新型与现有技术相比，优点在于:
[0016]本实用新型提供的基于模糊PID的液位控制系统，构成闭环系统，既保留了传统PID的优点，又结合了模糊控制的优点，先通过键盘设定液位高度，通过液位传感器实时检测液位高度，再通过模糊PID控制器实现液位的实时调节控制，达到与设定液位高度一致，对液位进行实时控制，达到更高的精度和稳定性。适用于需要测量精度较高的环境，且测量方便，可以从LED显示器得到实时数据。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型提供的基于模糊PID的液位控制系统的基本结构示意图；
[0018]图2为本实用新型提供的基于模糊PID的液位控制系统的具体实施结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
[0020]下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
[0021]如图1所示，基于模糊PID的液位控制系统，包括模糊PID控制器、液位设定器、D/Α转换电路、水泵、对水泵进行驱动的驱动电路、对液位进行检测的液位传感器、Α/D转换电路。
[0022]液位设定器的输出端接入模糊PID控制器的预设信号输入端，模糊PID控制器、D/A转换电路、驱动电路、水泵依次顺序连接，液位传感器用于采集水泵的液位，液位传感器的输出端连接Α/D转换电路，Α/D转换电路的输出端接入模糊PID控制器的实测信号输入端。
[0023]液位传感器实时采集水泵的液位，液位传感器的输出端通过Α/D转换电路处理成为数字量液位高度后接入模糊PID控制器的实测信号输入端；
[0024]模糊PID控制器将数字量液位高度与设定液位高度之间的差值作为模糊PID控制器的输入量，由模糊PID控制器进行比例、微分及积分算法后，输出控制信号，控制信号输出端通过D/Α转换电路接入驱动电路对水泵进行液位控制。
[0025]图1中，本实用新型基于模糊PID的液位控制系统的模块结构图中，液位传感器检测出实际液位高度，经Α/D转换电路处理后送入模糊PID控制器接口。由键盘敲入设定液位高度，此值与经Α/D转换电路转换过的液位高度信号存在一定的差值，由模糊PID控制器进行比例、微分及积分算法后，其输出信号通过D/Α转换电路和驱动电路对水泵进行液位控制。键盘输入的液位高度及控制过程中检测的实际液位高度可以实时地由LED显示器显示出来。
[0026]如图2为本实用新型的另一优选实施方式，图2中的液位传感器和Α/D转换电路构成实施方式中的液位高度信号采集，经滤波、放大、采样和Α/D转换后送入单片机或DSP，与给定电压信号进行比较和计算偏差。单片机或DSP完成了模糊PID控制器的功能，同时其输出信号通过D/Α转化电路和驱动电路对水泵进行液位控制，从而完成液位的动态调整。整个系统构成了一个闭环系统，从而本实用新型基于模糊PID的液位控制系统具有较好的在线参数自整定的能力，具有较好的抗干扰性，可获得较好的动态特性，还具有较强的自适应能力。
[0027]D/Α转换电路、Α/D转换电路按照实际测量精度要求来选择不同的分辨率，同时选择D/Α和Α/D转换电路的工作频率，为提高精度可选择尽可能高的工作频率。
[0028]液位传感器是一种测量液位的压力传感器，包括隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器。所测得的信号经Α/D转换电路处理后变成数字量送入单片机或DSP。
[0029]单片机或DSP外接存储器来储存断电后仍需保存的代码和数据，可作为数据交换单元，同时存储器接一掉电保护电路，解决实时参数掉电后长时间保存的难题；同时单片机或DSP通过串行口 RS232与上位机相连接，串行口 RS232可实现单片机或DSP与上位机之间采集到的数据通信，加强对数据的存储和分析处理。
[0030]本实施例中，模糊PID控制器主要涉及3个PID参数Kp (比例系数)、Ki (积分系数)和Kd (微分系数)，通过模糊控制规则和模糊推理确定模糊推理规则表，再通过模糊推理规则表设置模糊PID控制器中的这3个控制参数。模糊控制规则和模糊推理均为模糊控制领域的成熟技术。
[0031]一般在调试过程中增大开环比例系数Kp，会加快系统的响应速度，在有静差的情况下还有利于减小静差，但是过大的比例系数又会增大系统超调，甚至产生振荡，使系统不稳定；因此在现场实验整定法时，需实行先比例、后积分、再微分的反复调整。积分时间和比例时间成反比，积分系数越大，即积分时间越短，导致超调过大。微分系数和微分时间成正比，微分系数过大，即微分时间过大，导致系统不稳定。
[0032]以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.基于模糊PID的液位控制系统，其特征在于:包括模糊PID控制器、液位设定器、D/A转换电路、水泵、对水泵进行驱动的驱动电路、对液位进行检测的液位传感器、A/D转换电路； 所述液位设定器的输出端接入模糊PID控制器的预设信号输入端，模糊PID控制器、D/A转换电路、驱动电路、水泵依次顺序连接，所述液位传感器用于采集所述水泵的液位，液位传感器的输出端连接A/D转换电路，A/D转换电路的输出端接入模糊PID控制器的实测信号输入端。
2.根据权利要求1所述的基于模糊PID的液位控制系统，其特征在于:所述模糊PID控制器以单片机或者DSP为基件。
3.根据权利要求1所述的基于模糊PID的液位控制系统，其特征在于:所述液位设定器包括键盘，通过所述键盘用于输入水泵的设定液位高度，并将所述设定液位高度传输给所述模糊PID控制器。
4.根据权利要求1所述的基于模糊PID的液位控制系统，其特征在于:还包括LED显示器，所述模糊PID控制器的信号显示输出端连接LED显示器。
5.根据权利要求4所述的基于模糊PID的液位控制系统，其特征在于:所述的LED显示器用于显示液位设定器设定的液位高度和实际测量的数字量液位高度。
6.根据权利要求1所述的基于模糊PID的液位控制系统，其特征在于:所述液位传感器为测量液位的压力传感器。
7.根据权利要求6所述的基于模糊PID的液位控制系统，其特征在于:所述液位传感器包括隔离型扩散硅敏感元件或者陶瓷电容压力敏感传感器。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于模糊PID的液位控制系统，包括模糊PID控制器、液位设定器、D/A转换电路、水泵、对水泵进行驱动的驱动电路、对液位进行检测的液位传感器、A/D转换电路；液位设定器的输出端接入模糊PID控制器的预设信号输入端，模糊PID控制器、D/A转换电路、驱动电路、水泵依次顺序连接，液位传感器用于采集水泵的液位，液位传感器的输出端连接A/D转换电路，A/D转换电路的输出端接入模糊PID控制器的实测信号输入端。本实用新型构成闭环系统，既保留了传统PID的优点，又结合了模糊控制的优点，达到更高的精度和稳定性。适用于需要测量精度较高的环境，且测量方便，可以从LED显示器得到实时数据。
【IPC分类】G05D9-12
【公开号】CN204347631
【申请号】CN201520018951
【发明人】王靖瑜, 费峻涛
【申请人】河海大学常州校区
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月13日