水箱液位的模糊控制

1、精選文檔1、緒論1.1 水箱水位系統(tǒng)概述在能源、化工等多個(gè)領(lǐng)域中普遍存在著各類液位把握系統(tǒng)液。各種把握方式在液位把握系統(tǒng)中也層出不窮，如較常用的浮子式、磁電式和接近開關(guān)式。而隨著我國工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，規(guī)模的擴(kuò)大，在工程中液位把握的計(jì)算機(jī)把握得到越來越多的應(yīng)用。液位把握系統(tǒng)的檢測及計(jì)算機(jī)把握已成為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要方面。經(jīng)典把握理論和現(xiàn)代把握理論的把握效果很大一部分取決于描述被控過程精確模型的好壞，這使得基于精確數(shù)學(xué)模型的常規(guī)把握器難以取得抱負(fù)的把握效果。但是一些嫻熟的操作工人、領(lǐng)域?qū)＜覅s可以得心應(yīng)手的進(jìn)行手工把握。因此基于學(xué)問規(guī)章的模糊控把握理論在其應(yīng)用中就有了理論和現(xiàn)實(shí)意義1.2模

2、糊把握的概述 人工智能包括推理、學(xué)習(xí)和聯(lián)想三大要素，它是接受非數(shù)學(xué)式子方法，把人們的思維過程模型化，并用計(jì)算機(jī)來仿照人的智能的學(xué)科。很多科學(xué)家認(rèn)為下一世紀(jì)生產(chǎn)力的飛躍寄予于人工智能技術(shù)，并認(rèn)為人工智能的進(jìn)展必將帶來一次新的史無前例的技術(shù)革命，第五代計(jì)算機(jī)的爭辯充分體現(xiàn)了人類左腦的規(guī)律推理功能，而人工智能爭辯的下一步是仿照人類右腦的模糊處理功能。人工智能將在規(guī)律推理計(jì)算機(jī)、模糊計(jì)算機(jī)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)這三者的基礎(chǔ)上，由兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)，即：一是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬人類的智能；二是利用一種全新的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)信息處理的模糊化和網(wǎng)絡(luò)化。前者是實(shí)現(xiàn)人工智能必需的先決條件；后者是實(shí)現(xiàn)人工智能的根本

3、途徑。  “模糊把握理論”是由美國學(xué)者加利福尼亞高校有名教授L.A.Zadeh于1965年首先提出，至今僅有20余年時(shí)間。它以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，用語言規(guī)章表示方法和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，由模糊推理進(jìn)行判決的一種高級把握策略。它無疑是屬于智能把握范疇，而且進(jìn)展至今已成為人工智能領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支。其理論進(jìn)展之快速，應(yīng)用領(lǐng)域之廣泛，把握效益之顯著，實(shí)為世人醒目關(guān)注。特殊是近一二年內(nèi)，模糊把握與其他把握策略構(gòu)成的集成把握，以及與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等得到快速進(jìn)展，更使諸多學(xué)者確信，它是一種全新的技術(shù)和高科技的進(jìn)展方向。 “模糊把握”是近代把握理論中一種基于語言規(guī)章與

4、模糊推理的高級把握策略和新穎技術(shù)。它是智能把握的一個(gè)重要分支，進(jìn)展快速，應(yīng)用廣泛，實(shí)效顯著，引人關(guān)注。模糊把握比傳統(tǒng)的PID等把握方法，在強(qiáng)時(shí)變、大時(shí)滯、非線性系統(tǒng)中的把握效果有著明顯的優(yōu)勢。將模糊把握技術(shù)應(yīng)用于家電產(chǎn)品在國外已是很普遍的現(xiàn)象。單片機(jī)是家用電器常用的把握器件，把二者結(jié)合起來，可是把握器的性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的目的。基于模糊把握技術(shù)的單片機(jī)把握的電熱水器，是對傳統(tǒng)的電熱水器開關(guān)把握的改造，具有達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)間短、穩(wěn)態(tài)溫度波動(dòng)小、反應(yīng)靈敏、抗干擾力量強(qiáng)、節(jié)省電能等優(yōu)點(diǎn)。2 水箱水位模糊把握器的建立 本章利用模糊數(shù)學(xué)工具及模糊把握理論學(xué)問，建立一個(gè)水箱水位模糊把握器，水位模糊把握器可以設(shè)

5、計(jì)為二維把握器，即輸入量是水位誤差和誤差變化率，輸出量是閥門把握量，但由于過程計(jì)算量大，計(jì)算簡單所以此章僅接受一維系統(tǒng)，即單輸入單輸出統(tǒng)，較簡單的二維系統(tǒng)將在下一章里利用MUTLAB軟件構(gòu)建，并仿真。圖 31為水位模糊把握系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。M模糊把握器反饋壓力傳感器把握量設(shè)定圖1水箱水位把握已知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：1/(10s+1)*e(-0.5s)。假設(shè)系統(tǒng)給定為階躍值r=30，系統(tǒng)初始值r0=0。3.基于simulink的模糊把握器的仿真及其調(diào)試：（1）啟動(dòng)matlab后，在主窗口中鍵入fuzzy回車，屏幕上就會顯現(xiàn)出如下圖所示的“FIS Editor”界面，即模糊推理系統(tǒng)編輯器。（2）雙擊輸

6、入量或輸出量?？蛑械娜魏我粋€(gè)，都會彈出隸屬函數(shù)編輯器，簡稱MF編輯器。（3）在FIS Editor界面挨次單擊菜單EditorRules消滅模糊規(guī)章編輯器。本次設(shè)計(jì)接受雙輸入（偏差E和偏差變化量EC）單輸出（U）模糊把握器，E的論域是-6,6，EC的論域是-6,6，U的論域是-6,6。它們的狀態(tài)分別是負(fù)大（NB）、負(fù)中（NM）、負(fù)小（NS）、零（ZO）、正小（PS）、正中（PM）、正大（PB）。語言值的隸屬函數(shù)選擇三角形的隸屬度函數(shù)。把握規(guī)章選用Mamdain 把握規(guī)章。該把握器的把握規(guī)章表如圖所示：Simulink仿真圖如下：在調(diào)試過程中發(fā)覺加入積分調(diào)整器有助于消退靜差，通過試湊法得出量化因

7、子，比例因子以及積分常數(shù)。Ke，Kec，Ku，Ki分別是：3 ，2.5 ，3.5 ，0.274本章小結(jié) 依據(jù)仿真圖像，我們能看出模糊把握具有響應(yīng)速度快、適應(yīng)性較強(qiáng)，即魯棒性好、超調(diào)量小穩(wěn)定時(shí)間較長等優(yōu)點(diǎn)，顯示出預(yù)期良好的穩(wěn)態(tài)性能。5結(jié)論 自20世紀(jì)40年月以來用計(jì)算機(jī)方法去爭辯系統(tǒng)的特性成為科學(xué)進(jìn)展的時(shí)尚，在計(jì)算機(jī)上對構(gòu)成的系統(tǒng)模型進(jìn)行試驗(yàn)，為模型的建立和試驗(yàn)供應(yīng)了巨大的機(jī)敏性和便利性，利用計(jì)算機(jī)，使得數(shù)學(xué)模型的求解變得更加便利、快捷和精確，能解決問題的領(lǐng)域也大大擴(kuò)展。水箱水位把握系統(tǒng)在工業(yè)中利用廣泛，本文僅以一級系統(tǒng)作為仿真實(shí)例，并利用計(jì)算機(jī)幫助把握其實(shí)并不符合有用的設(shè)計(jì)原則，在工業(yè)中一般簡潔的水位把握系統(tǒng)是不接受計(jì)算機(jī)把握的，甚至多數(shù)都并不接受其他的電子設(shè)備把握，而是直接接受浮漂、杠桿等簡潔的機(jī)械結(jié)構(gòu)就已足夠應(yīng)用了，但是隨著工業(yè)的進(jìn)展，一些深加工行業(yè)（如化工）需要接受多級水箱，另外一些應(yīng)用（如能源行業(yè)）存在各輸入輸出量