基于滑模控制的双容水箱液位控制系统研究

本文的研究任务是对双容水箱液位控制系统进行系统组成分析、数学建模以及设计滑模变结构控制器。

首先，本文阐述了滑模变结构控制的相关基本概念；然后对双容水箱系统进行机理分析，并采用响应曲线法进行参数辨识，从而得到双容水箱系统的模型。

其次，采用常值切换滑模变结构控制器以及比例切换滑模变结构控制器对水箱液位控制系统进行控制。对两种控制方案进行参数整定后投入系统运行。这两种方案都可以很好地提升系统的动态及稳态性能，从MATLAB/SIMULINK的仿真曲线上观察到两种控制器的输出曲线都呈高频振荡状态并且存在明显的抖振。

在此基础上，为得到更好的控制效果，将基于指数趋近律的滑模变结构控制器投入系统。仿真结果表明该控制方法在保证系统动态、稳态性能的同时，削弱了抖振，使系统更快速地趋于稳定，进一步提升系统的动态性能及实用性。

最后，将滑模变结构控制器与传统PID控制器的控制效果进行分析。仿真结果表明，滑模变结构控制在控制质量上优于传统PID控制。