水箱液位控制系统matlab双闭环

### 关于水箱液位控制系统双闭环设计与实现

对于水箱液位控制系统的双闭环设计方案，在MATLAB环境中可以采用多种方法来建模和仿真。通常情况下，内环用于快速响应并稳定系统中的瞬态变化，而外环则负责处理较慢的过程变量以保持长期稳定性。

#### 建立模型
为了创建这样的系统，首先需要定义被控对象——即水箱的行为特性。这可以通过传递函数或其他形式的状态空间表示法完成。假设已知水箱的具体参数，则可以直接构建相应的数学模型[^1]。

% 定义水箱动态特性的传递函数
num = [K]; % 放大系数 K 需要根据实际情况调整
den = [T 1]; % 时间常数 T 同样取决于具体应用场合
G_tank = tf(num, den);

#### 设计控制器
接着就是内外两个调节器的设计部分。这里以内PI（比例积分）、外PID（比例积分微分）为例说明：

- **内部回路**：主要针对流量进行精确调控；
- **外部回路**：关注整体水平高度的变化趋势，并据此发出指令给到内层去执行具体的动作。

% 创建 PI 控制器 (内环)
Ki_inner = ...; % 积分增益 Ki 内环
C_pi = pid(0,Ki_inner);

% 创建 PID 控制器 (外环)
Kp_outer = ...; % 比例增益 Kp 外环
Ki_outer = ...; % 积分增益 Ki 外环
Kd_outer = ...; % 微分增益 Kd 外环
C_pid = pid(Kp_outer,Ki_outer,Kd_outer);

#### 联合调试与优化
最后一步是将上述组件结合起来形成完整的反馈结构，并通过实验验证其性能表现。利用Simulink工具包能够方便地搭建起整个架构图，并允许实时观察各信号波形以便进一步调优各个参数直至达到满意的效果为止。

% 构造串联连接的复合体统 G_total
G_total = feedback(C_pid*feedback(G_tank*C_pi,1),1);

% 使用 step 或 lsim 函数测试阶跃响应等性质
figure;
step(G_total);
title('Step Response of Dual Closed Loop Water Level Control System');
grid on;