基于模糊自適應(yīng)pid算法的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)—-文庫(kù)吧在線文庫(kù)

　　

【正文】 在連續(xù)隸屬函數(shù)需求解積分方程，因此應(yīng)用場(chǎng)合要比前 面介紹的加權(quán)平均法少[8]。 模糊交也稱為 t范數(shù)，它的 公式如下： ? ? ? ?)(),(m i n)()(),( xxxxxt BABABA ????? ?? ? ? ?54? 衍生到圖形上就是兩個(gè)隸屬度函數(shù)交點(diǎn)以下部分的曲線。 圖 42 高斯分布 ② 三角形：一般表達(dá)式： cxbxacbcxabaxx??????????????b)/()()/()()(若若? （ 47） 分布曲線如圖 43。 （ 5） 模糊邏輯函數(shù) 如果 xi 取值區(qū)間為 [0， 1]，則稱 :xi為模糊變量，模糊變量的集合為 {xl， x2，? xn}，則映射 f:[0，l]n→ [0， l]定義為模糊邏輯函數(shù)，記為 f(x1， x2，? xn)。 其中 NB、 NM、 NS、 Z0、 PS、 PM、 PB分別表示負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、 正中、正大。 PID 控制參數(shù)的確定分兩步進(jìn)行，第一步是確定初始的 PID 參數(shù) Kp’、 Ki’、 Kd’；第二步是在初定的 PID 控制參 數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù) Fuzzy 推理 輸出 △ Kp， △ Ki， △ Kd在 線調(diào)整 PID參數(shù)模糊 PID控制器調(diào)整 PID 參數(shù)計(jì)算公式如下： Kp=Kp39。︱ EC︱的取值與△ Kd取值規(guī)律PID 主調(diào)節(jié)器 K3 K444 K5 模糊推理 K1 K2 d/dt Δ Kp Δ Ki Δ Kd 設(shè)定值 r + — 被控對(duì)象 被控量 y 測(cè)量變送器 27 相反，通常情況△ Kd為中等大小。 1 ??x? b 0 x a c d 基于模糊自適應(yīng) PID 算法的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 圖 45 模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)框圖 液位控制系統(tǒng)中的模糊化 假設(shè)設(shè)置的水位是 h0，在某一時(shí)刻水箱系統(tǒng)真正的水位是 h，那么該點(diǎn)的液位誤差 e=h?h0。那么。模糊關(guān)系是模糊運(yùn)算、模糊函數(shù)等的基礎(chǔ) [8]。一般情況下，這兩種方法都優(yōu)于最大隸屬度原則。 便是應(yīng)用加權(quán)平均法為模糊集合 U 求得的判決結(jié)果。它包含下面 兩部分的內(nèi)容 : ①將模糊的控制量經(jīng)解模糊變成表示在論域范圍的清晰量 。 ②規(guī)則庫(kù)存放模糊控制規(guī)則 :模糊控制規(guī)則是基于手動(dòng)操作人員長(zhǎng)期積累的控制經(jīng)驗(yàn)和領(lǐng)域?qū)＜业挠嘘P(guān) 知識(shí)，它是對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的一個(gè)知識(shí)模型。 圖 41 模糊控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) (l)模糊化 所謂模糊化，就是把輸入 E 和 EC 根據(jù)輸入變量模糊子集的隸屬度函數(shù)找出所定義的各個(gè)語(yǔ)言值的隸屬度的過(guò)程，從而把精確量輸入 “ 模糊化 ” 成不同的語(yǔ)言值，實(shí)現(xiàn)模糊控制的第一步。 21 4 模糊 PID 控制系統(tǒng) 模糊控制概況 模糊邏輯控制 (Fuzzy Logic Control)簡(jiǎn)稱模糊控制 (Fuzzy Control)，是以 模糊集合論 、模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)。上升時(shí)間 tr： 指響應(yīng)從終值 10%上升到終值 90%所需的時(shí)間；對(duì)于有振蕩的系統(tǒng)，亦可定義為響應(yīng) 從零第一次上升到終值所需的時(shí)間 [11]。另一種是動(dòng)態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)受到外來(lái)干擾的影響或者在改變了設(shè)定值后，原來(lái)的穩(wěn)態(tài)遭到破壞，系統(tǒng)中各組成部分的輸入輸出量都相繼發(fā)生變化，尤其是被調(diào)量也將偏離原穩(wěn)態(tài)值而隨時(shí)間變化，這時(shí)就稱系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)[7]。具體步驟如下： （ 1） 把 系統(tǒng)的反饋 斷開 ，令 KP=1，使之成為一個(gè) 比 例控制器， 同時(shí)給 一個(gè)階躍給定信號(hào) 加在系統(tǒng)的輸入端 ， 通過(guò) 測(cè)量并 且 畫出 包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)在內(nèi)的 廣義 的 被控對(duì)象 的開環(huán)階躍響應(yīng)曲線。 進(jìn)行 PID控制時(shí)，可以把 PID 的 PV連接在實(shí)際的測(cè)量值上， OP 連接在 PID 實(shí)際的輸出值上。這類整定方法主要依據(jù)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型（如傳遞函數(shù)、頻率特性），通過(guò)理論計(jì)算 確定控制器參數(shù) 。 Ti 太大， 則 對(duì)系統(tǒng) 動(dòng)態(tài) 性能的影響減小。 增量式與位置式控制算式在本質(zhì)上是一致的，只是它需使用有附加積分環(huán)節(jié)作用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 為此，偏差 e 可以如下近似 ： ? ???t ki iTedtte0 0 )()( （ 311） T kekedttde )1()()( ??? （ 312） 式中， T 為采樣周期， k 為采樣序號(hào) ， n 為控制周期序號(hào)， e(n)為第 n 次控制周期的偏差 。 比例積分（ PI）調(diào)節(jié) 具有比例積分 控制規(guī)律的控制稱為比例 積分微分控制，即 PI 控制， PI 控制的傳遞函數(shù)為： s TsKsTKKsG iPiPPc???????? ???? 11)( ? ?63? 其中， PK 為比例系數(shù)， iT 稱為積分時(shí)間常數(shù)，兩者都是可調(diào)的參數(shù)。 比例（ P） 控制只改變系統(tǒng)的增益而不影響相位，它 主要對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響 ，增大比例系數(shù) kp，使得系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，響應(yīng)速度加快，但會(huì)使振蕩次數(shù)增加，調(diào)節(jié)時(shí)間拉長(zhǎng)，甚至使系統(tǒng)趨向不穩(wěn)定。 PID控制，實(shí)際中也有 PI和 PD控制。根據(jù)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，用戶可以從輸入源、輸出方式、連續(xù)系統(tǒng)模型、數(shù)字運(yùn)算等模型庫(kù)中“拖入”各種模塊，按要求連接并修改各模塊的參數(shù)，即可完成系統(tǒng)模型的建立。 而且 MATLAB 語(yǔ)言 還具有很強(qiáng)的可移植性和極強(qiáng)的可擴(kuò)展性 ，這也 是 MATLAB 仿真軟件 之所以能夠 被廣泛的 深入到 各種的 科學(xué)研究 以 及 各種的工程計(jì)算當(dāng)中去 的 一個(gè)很 重要 的 原因。 接著是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是 MCGS工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。 運(yùn)行環(huán)境 的含義：它 是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它是以組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)中用戶指定的方式進(jìn)行 處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。 (2) 實(shí)時(shí)性很強(qiáng)，且并行處理系統(tǒng)的性能良好。 （ 2） 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 工作原理：電動(dòng)調(diào)節(jié)閥接受 0~10mA/4~20mA/ 0~5V/1~5V等控制信號(hào)，改變 調(diào)節(jié) 閥的開度，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力、溫度、流量、液位等參數(shù)的調(diào)節(jié)。 對(duì)象 AE2021A型實(shí)驗(yàn)裝置 結(jié)構(gòu)圖 ， 如圖 23 所示： 5 圖 23AE2021A系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 其中實(shí)驗(yàn)裝置 中 包含一些檢測(cè)變送的元件和 執(zhí)行 的元件。 3 2 液位控制實(shí)現(xiàn)所需的硬件與軟件介紹 系統(tǒng)所需的硬件和軟件 構(gòu)造一個(gè)雙容水箱液位控制系統(tǒng)所需的硬件有： AE2021A型實(shí)驗(yàn)對(duì)象控制臺(tái)、壓力傳感器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊 ICP701 ICP7024。因此 研究 非線性、時(shí) 滯對(duì)象的先進(jìn)控制策略， 對(duì) 提高系統(tǒng)的控制水平具有重大意義。同時(shí)大多數(shù)生產(chǎn)過(guò)程都具有非線性特性，因此弄清楚非線性的原因及非線性的實(shí)質(zhì)是極為重要的。 過(guò)程控制的概述及發(fā)展 工業(yè)自動(dòng)化 涉及到很多內(nèi)容，具有很多分支 ， 而 過(guò)程控制（ process control）可以說(shuō)是工業(yè)自動(dòng)化 分支 中最重要的一個(gè) 。 III Level control system design based on fuzzy adaptive PID algorithm Abstract 【 ABSTRACT】 Because of the liquid level system is a nonlinear ,timevarying parameters,much random interfence system, applying the e traditional PID control method is difficult to achieve the ideal results. So we often take the fuzzy PID control method. In this paper, by analysis the twotank water system of AE2021A experimental device, corresponding to fuzzy PID control strategy, cascade control to the dualtank water, master regulator using the fuzzy PID control and vice control using the conventional PID control. Open the MCGS configuration software to achieve the level control of dualtank water level control and records , collecting the corresponding data. Analysis on the basic of these data , summarize the effect of fuzzy PID control. The experimental results show that the fuzzy PID control to control the level of lower water tank having a fast response .It is able to quickly reach the steady state and significant improvements in system performance. 【 KEYWORDS】 fuzzy PID； MCGS； Liquid level control； fuzzy control。 編號(hào) ： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 基于模糊自適應(yīng) PID 算法的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) Level control system design based on fuzzy adaptive PID algorithm 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 職稱 完成日期 I 誠(chéng) 信 承 諾 我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《 基于模糊自適應(yīng) PID 算法的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》均系本人獨(dú)立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料，均作了注釋，若有不實(shí)，后果由本人承擔(dān)。 基于模糊自適應(yīng) PID 算法的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) IV 目 錄 摘 要 ..........................................................................................................................................II Abstract ...................................................................................................................................... III 目 錄 ........................................................................................................................................ IV 1 緒論 ....................................................................................................................................... 1 液位控制的研究背景 ............................................................................................. 1 過(guò)程控制的 概述及發(fā)展 .........................................................