基于DCS的三容水箱液位控制实验平台的研究

PID控制

仪器仪表用户

１０）将所有的决策变量的子空间的信息素更新，通过目标函数比较新候选值与旧候选值，将适应度好的新候选值取代

旧候选值；

日经验窒逾日

１１）达到优化要求，否则转４）；

１２）输出结果。

４

１．Ｏ

优化ＰＩＤ控制器的模型

蚁群算法应用于ＰＩＤ控制系统的参数优化如图１所示。

０

０

１０

２０

３０

４０，５０

６０

７０

８０

９０

１００

图２

ｚ—Ｎ整定与改进蚁群算法整定的仿真比较

从单位阶跃响应的曲线可以看出，基于改进蚁群算法优

化的控制器性能要优于基于传统Ｚ—Ｎ整定的控制器性能。

６结束语

图１

基于蚁群算法的ＰＩＤ控制的控制系统

本文提出了一种改进的蚁群算法，在基本蚁群算法的基

优化参数为ｋ。，ｋ。，ｋ。，要得到最优的ＰＩＤ参数必须要建立评价各项性能指标目标函数，并按一定规则寻优，当目标函数

础上加入了高斯变异的环节，很好的弥补了基本蚁群算法易

于陷入局部最优的缺点。并将改进后的蚁群算法应用于ＰＩＤ

值最小时就确定了参数的最优解。目标函数并不是唯一的，本

文中选择系统输出与稳态误差的平法和。按照上述文中的改进蚁群算法优化非线性连续函数的步骤进行计算就可以得到ＰＩＤ控制器控制参数ｋ。，ｋ。，ｋ。的最优解。

５

控制系统的参数优化，充分利用了该算法的全局寻优能力。而

且该算法不依赖被控对象的精确数学模型，有着很好的适应性和鲁棒性。仿真的结果也表明，通过蚁群算法优化ＰＩＤ控制器参数是可行的，并且与Ｚ—Ｎ整定法得到的参数进行比较，超调量减小，调节时间缩短，达到了很好的控制效果。口

参考文献

仿真分析

作为仿真实例本文选用的广义被控对象的传递函数为：

１

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（工学版），２００４，３７（５）：２３－２７．［２］ＤｏｆｉｇｏＭ，Ｃｏｌｏｍｉ

ｅｒａｔｉｎｇ

Ａ．Ａｎｔ

（５ｓ＋１）（２ｓ＋１）（１０ｓ＋１）

传统的ｚ～Ｎ近似整定法结果：ｋｐ，ｋｉ，ｋｄ分别为：

３．１７０００．２５０００．０６２５

ｓｙｓｔｅｍ：ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ

ｏｎ

ｂｙ

ａ

ｃｏｌｏｎｙｏｆｃｏｏｐ—

Ｃｙ－

ａｎｇｅｎｔｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＳｙｓｔｅｍｓ，Ｍａｎ，ａｎｄ

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［４］段海滨．蚁群算法原理及其应用［Ｍ］．北京科学出版

社，２００５．

［５］徐文嫁等．用于连续函数优化的改进蚁群算法［Ｊ］．机械与电子，２００８，（２）：１１３—１２０．

［６］张兴华，朱筱蓉，林锦国．基于自适应遗传算法的多目标ＰＩＤ

采用本文上述的改进蚁群算法整定ＰＩＤ参数：

有关蚁群算法的各个参数设置为：蚂蚁个数＝１０；信息素增加强度Ｑ＝１；信息素蒸发系数＝０．８；蚂蚁爬行速度＝０．２，决策变量的下界定为：０．５，０．１，０．０１，上界定为：４，１，０．１；迭代次数为２０次，优化ＰＩＤ参数的评价函数为：系统输出与

稳态误差值的平方和。

编程后在ｍａｔｌａｂ中运行的结果为：最佳控制参数ｋｐ，ｋｉ，ｋｄ分别为：

１．１１８７０．１１２３０．０６９３

优化设计［Ｊ］．系统工程与电子技术，２００６，２８（５）：７４４＿７４６．［７］杨勇，宋晓峰，王建飞．蚁群算法求解连续空间优化问题［Ｊ］．

控制与决策，２００３，１８（５）：５７３－５７．

［８］田军辉，程涛．一种改进的全局优化进化算法［Ｊ］．安阳师范

学院学报，２００７，１１（３）：３２－３３．作者简介：陈建涛（１９８４一），男，硕士研究生，研究方向：检测理论与自动化装置；姚万业。男，教授。研究方向：自动化技术。收稿日期：２００９－０４—１１（９１４４）

仿真曲线如图２所示。

Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—１０４１．２００９．０５．０２１

基于ＤＣＳ的三容水箱液位控制实验平台的研究

王咏梅，张妍

（华北电力大学控制科学与工程学院，保定０７１００３）

摘要：本课题以实验室教改项目为背景。该实验平台是将“三容水箱”为控制对象的实验装置和重点实验室“工业过程控制与仿真实验室”提供的Ｓｙｍｐｈｏｎｙ分散控制系统连接起来而形成的闭环控制系统。可以模拟工业生产过程中的液位、流量等变量。并对这些变量进行控制、测量及观测。该综合实验平台具有强大的实验功能，能完成一阶及多

阶对象。多输入～多输出解耦等实验；具有很好的人机界面功能，直观的显示出水箱液位。

关键词：集散控制系统；三容水箱；液位控制；实验平台中图分类号：ＴＰ２３

文献标识码：Ｂ

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ＥＩＣＶＯＩ．１６２００９Ｎｏ．５３５

万方数据　

PID控制

口经验交流口

Ｓｔｕｄｙｏｆｔｈｒｅｅ－ｔａｎｋｌｉｑｕｉｄｌｅｖｅｌｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ

ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｌａｔｆｏｒｍｂａｓｅｄ

ｏｎ

ＤＣＳ

ＷＡＮＧＹｏｎｇ－Ｍｅｉ，ＺＨＡＮＧＹａｎ

（ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａ

Ｅｌｅｃｔｒｉｃ

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０７１００３。Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒａｍｉｓｂａｓｅｄｏｎ

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ｗｈｉｃｈｏｆｆｅｒｅｄｂｙ”ｉｎｄｕｓｔｎａＩ

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ｆｉｒｓｔ—ｏｒｄｅｒａｎｄｍｕｌｔｉ－ｏｒ－

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