基于自抗扰算法的单容水箱液位控制

高兴泉　黄东冬　丁三毛　肖新宇　刘志成

摘 要：提出一種基于自抗扰控制算法与PID控制算法相结合的单容水箱控制方法。在液位控制过程中出现模型不确定因素的干扰给予实时观测与补偿。仿真结果表明设计的控制算法能够无超调、无静差的对液位进行控制，且抗干扰能力强，鲁棒性好。

关键词：自抗扰;PID;simulink;单容水箱

传统PID控制是如今最常见的一种控制方法，其结构简单且易于控制，但是该控制器也存在一些缺陷。对于像单容水箱这种非线性时滞系统，传统PID控制器就体现不出理想的控制效果[1-5]。因此在传统PID的基础上引进自抗扰控制技术，增强整个闭环系统的鲁棒性和抗干扰能力，使控制效果更加理想。

1 单容水箱简介

单容水箱液位控制作为过程控制的典型代表，它是一种具有非线性、延时特性的复杂系统。在水箱水位控制中，由电机驱动泵对水槽进行抽水进入水箱，然后从水箱的出水口流入到水槽中，整体形成一个循环。根据单容水箱的质量守恒定律得出：

3 仿真分析

将系统的初始液位设为h=0cm，设定值为15cm，得到的仿真与实验结果如图2所示。

从仿真结果可以看出，设计的自抗扰PID控制器在单容水箱液位控制系统中具有比较理想的动态性能和稳态性能。

4 结论

本文在传统PID控制器的基础上，结合自抗扰控制技术提出自抗扰PID控制方法，并用单容水箱液位控制系统，仿真结果表明设计的控制器能够无超调、无静差的对液位进行控制，且抗干扰能力强，鲁棒性好。

参考文献：

[1]王琳，张根宝.自抗扰控制器在双容水箱中的应用[J].计算机测量与控制，2013，21（03）：775-778.

[2]张小明，于纪言，王坤坤.自抗扰PID四旋翼飞行器控制方法研究[J].电子技术应用，2019，45（03）：84-87.

[3]李岷钊.自抗扰控制器对扰动抑制的仿真分析[J].科学技术创新，2019（23）：47-48.

[4]秦幸妮，姜明，刘彦艳，潘军.自抗扰控制技术在电动缸伺服系统中的研究[J].火炮发射与控制学报，2019，40（01）：49-52.