基于自抗擾算法的單容水箱液位控制

高興泉　黃東冬　丁三毛　肖新宇　劉志成

摘 要：提出一種基于自抗擾控制算法與PID控制算法相結(jié)合的單容水箱控制方法。在液位控制過程中出現(xiàn)模型不確定因素的干擾給予實時觀測與補償。仿真結(jié)果表明設(shè)計的控制算法能夠無超調(diào)、無靜差的對液位進行控制，且抗干擾能力強，魯棒性好。

關(guān)鍵詞：自抗擾;PID;simulink;單容水箱

傳統(tǒng)PID控制是如今最常見的一種控制方法，其結(jié)構(gòu)簡單且易于控制，但是該控制器也存在一些缺陷。對于像單容水箱這種非線性時滯系統(tǒng)，傳統(tǒng)PID控制器就體現(xiàn)不出理想的控制效果[1-5]。因此在傳統(tǒng)PID的基礎(chǔ)上引進自抗擾控制技術(shù)，增強整個閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒性和抗干擾能力，使控制效果更加理想。

1 單容水箱簡介

單容水箱液位控制作為過程控制的典型代表，它是一種具有非線性、延時特性的復(fù)雜系統(tǒng)。在水箱水位控制中，由電機驅(qū)動泵對水槽進行抽水進入水箱，然后從水箱的出水口流入到水槽中，整體形成一個循環(huán)。根據(jù)單容水箱的質(zhì)量守恒定律得出：

3 仿真分析

將系統(tǒng)的初始液位設(shè)為h=0cm，設(shè)定值為15cm，得到的仿真與實驗結(jié)果如圖2所示。

從仿真結(jié)果可以看出，設(shè)計的自抗擾PID控制器在單容水箱液位控制系統(tǒng)中具有比較理想的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。

4 結(jié)論

本文在傳統(tǒng)PID控制器的基礎(chǔ)上，結(jié)合自抗擾控制技術(shù)提出自抗擾PID控制方法，并用單容水箱液位控制系統(tǒng)，仿真結(jié)果表明設(shè)計的控制器能夠無超調(diào)、無靜差的對液位進行控制，且抗干擾能力強，魯棒性好。

參考文獻：

[1]王琳，張根寶.自抗擾控制器在雙容水箱中的應(yīng)用[J].計算機測量與控制，2013，21（03）：775-778.

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[3]李岷釗.自抗擾控制器對擾動抑制的仿真分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（23）：47-48.

[4]秦幸妮，姜明，劉彥艷，潘軍.自抗擾控制技術(shù)在電動缸伺服系統(tǒng)中的研究[J].火炮發(fā)射與控制學(xué)報，2019，40（01）：49-52.