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- 课题研究背景及意义
液位系统是以液位为被控制参数的系统，这种系统广泛地应用于在各种工业的生产过程的控制中。液位控制系统在过程控制技术领域占有重要的地位，液位控制技术在人们生活、生产中也起着重要作用，例如对民用水塔进行供水时，假如水塔内的水位太低，则会影响居民的正常生活用水；而对于工矿企业的生产来说，对于其内部各类水槽液位控制的是否得当，则可能关系到车间的生产状况；再如锅炉气泡等高压设备的控制，假如锅炉内液位过低或过高，则可能会有很高的事故风险；而在对精馏塔液位进行控制时，其液位的高低及控制的精度可直接影响到生产成本和产品质量等。由此可见，液位控制系统是过程控制工业中非常重要的一类控制系统[1]。
2、PID调节原理、特点及参数整定
PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与输出y(t)构成的控制偏差，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称为PID控制器[2]。在当今工程实际中，PID调节器由于结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而得到广泛应用。其控制规律为
式中，KP为比例系数，其作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。KP越大，系统的调节精度越高，但容易产生超调，甚至导致系统不稳定。TI为积分时间常数，作用是消除系统的稳态误差。TD为微分时间常数，作用是改善系统的动态特性，主要是在响应的过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报[3]。根据被控对象动态特性和控制要求的不同，还可以理解为只包含比例和积分的PI调节或只包括比例微分的PD调节。不论采用哪一种组合形式，PID控制的基本组成原理都比较简单，参数的物理意义也比较明确，还具有其他诸多优点：
（1）适应性强 可以广泛应用于化工、热工、冶金、炼油以及造纸、建材等各种生产部门。
（2）鲁棒性强 其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。
（3）对模型的依赖少 当我们不完全了解一个系统或被控对象，控制理论的其他技术就难以采用，这时应用PID控制技术最为方便[4]。
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