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    科学自由软件Scilab的主要功能是科学计算和数据可视化,广泛适用于科学计算、数学建模、信号处理、线性/非线性控制等方面。Scilab的Scicos工具箱类似于malab中的simulink工具箱,可以对动态系统进行建模与仿真。它可以直观、有效地表现物理过程或数学模型中的数据传递、演算、变换和显示过程[4]。因此,利用Scilab的Scicos工具箱可以较好地实现仿真模拟工作,以达到利用模糊控制改进液位控制算法的目的。
    综上所述,本课题将利用Scilab的Scicos为基本工具,利用模糊控制对传统的PID液位控制算法进行改进,在实际生产的过程控制中有一定的应用前景。
    1.2.    国内外研究现状与发展趋势
    1.3.    本文所用相关技术
    1.3.1.    PID控制在过程控制中的应用
     PID控制框图
    在工程中,以比例、积分、微分控制应用最为广泛。比例、积分、微分控制又简称为PID控制,在当今应用的工业控制器中,有半数以上采用了PID控制器或者是改进了的PID控制器。
    PID控制的价值取决于它们对大多数控制系统的广泛适用性。而在过程控制领域,基本的或者是改进了的PID控制策略可以在大部分情况下提供满意的控制效果。尽管它们在许多给定的情况下尚无法提供最佳控制,但PID控制还是被证明具有足够良好的适用性。因此,PID控制器被广大控制工程师所熟悉。
    1.3.2.    模糊控制的发展与应用
    模糊理论的创始人是美国加利福尼亚大学伯克林分校的扎德(Zadeh.L.A)教授。1965年在论文《Fuzzy Set》中,他首先提出了用“隶属函数”来描述差异的中间过程,并提出了模糊集合的概念[7]。1974年英国的马丹尼把模糊理论应用于工业控制并获得成功。从此,标志着模糊控制的诞生。
    在模糊控制理论和技术应用发展的30多年来,虽然时间不长,但它的发展之快,成果之多和受世人之重视却是少有的。特别是1987年,基于模糊控制的仙台地铁开通后,各种家电的模糊产品相继研发成功并进入市场,各种新应用、新产品层出不穷[16][17][18]。比如模糊控制使得淋浴器、照相机、洗衣机、吸尘器等家电产品在方便性、节约资源及使用效果方面更加优秀,而且还具有以往产品所不具有的“人性”。
    随着科学技术发展,对自动控制系统的控制精度、响应速度、系统稳定性和适应能力的要求越来越高,对大多数复杂的被控对象,传统的控制方法往往难以受到满意的控制效果[19]。现在的模糊控制技术综合了专家经验,优化了抗干扰能力、响应速度、并且易于控制和掌握、便于应用、设计。此外,模糊控制对有参数变化的时变系统具有较强的鲁棒性,其设计并不依赖精确数学模型。因此模糊理论正是解决过程控制中出现的一系列问题的有效途径。
    1.3.3.    Scilab与Scicos的应用
    Scilab(Scientific Laboratory科学实验室)是由法国国家信息、自动化研究院(INRIA)和国立桥梁学院(ENPC)开发并发行的科学计算应用的“开放源码”软件[24]。
    Scilab的语法简单,而且相关专用函数和运算符的使用使得矩阵的计算变得更为简单。它适用于科学计算、数学建模、信号处理、线性/非线性控制等方面。它还提供可以满足不同工程与科学需要的工具箱,例如Scicos(Scilab  Connected Object Simulator科学实验室连接对象仿真器)工具箱,CACSD(计算机辅助控制系统设计)工具箱等[24][25]。更多的工具箱可以在网站http://atoms.scilab.org/上下载。
    Scicos是一个针对动态系统建模与仿真的Scilab工具箱,为复杂动态系统的创建提供了一个基于框图的模块化建模方法——只需通过简单的单击,就能够简单快速地实现系统的仿真。利用Scicos,可以创建一个存放可重复使用的模块的模块库,它可以直观、有效地表现物理过程或数学模型中的数据传递、演算、变换和显示过程,能比较方便的用于液位控制系统的图形化建模仿真[26][27]。
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