基于模糊规则的水泵节能循环控制系统

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1、基于模糊规则的水泵节能循环控制系统卜文锐（陕西国防工业职业技术学院电子信息学院，陕西西安710302）摘要：针对水轮机的大惯性和非线性特性以及传统水轮机控制系统误差较大等缺点，提出一种基于模糊规则的水泵循环节能控制系统。利用水泵模拟水轮机系统抽水蓄能发电的过程，并分别从系统硬件设计和软件设计的角度，采用了增强系统可靠性的措施，实现对水流速度的多级智能控制。实验结果表明，基于模糊规则的水泵循环节能控制系统具有更小的误差、较强的抗干扰能力，具有自动控制，可靠性高，操作简单等优点，其提高了水轮机系统的智能化程度。.jyqkA，输出方波频率等于锯齿波振荡器的频率。其电路图如图3所示。在

2、图3中，D/A为D/A芯片输出端，Vfb为被控对象的反馈电压，这两端电压差值的大小与电容CT上的三角波进行比较，输出P波。差值越大，P波的占空比越小；差值越小，P波的占空比越大。Vq为脉宽调制电路TL494的输出端，可输出一频率不变、占空比可变的方波，控制BUCK电路中MOS管的开通和关断。在TL494的引脚3与引脚2之间接入了比例积分调节器，构成反馈网络。当TL494输出高电压时，MOS管（IFR540）导通，将BUCK电路中的MOS管（IFR9532）栅极电位拉低，MOS管（IFR9532）导通，BUCK电路工作。当基准电压（D/A电压）和反馈电压基本相同时，TL494内部

3、误差放大器1工作在线性区，此时误差放大器输出的是电压信号而不是电平信号。由于TL494输出的只是驱动信号，通过开关的电流有限（最大500mA），因而功率有限，并且TL494的工作电压范围有限，所以加入BUCK电路，可有效地提高系统的输入电压范围和输出功率。2.1.2BUCK电路BUCK电路在整体硬件电路中的作用是接收TL494发出的P波，输出随P波变化的电压，并且加宽系统输入电压范围和提高输出功率，以驱动更大的负载。其电路图如图4所示。图4中Vfb，Vq与图3一致。设计BUCK电路的工作方式是电感电流连续工作模式，即电感电流IL在周期开始时不是从零开始的。电源正极输入端并联，起

4、到保护作用的功率电阻和稳压管，二极管使用肖特基二极管LN5819。使用1∶9的电阻分压，则反馈电压Vfb为输出电压Uo的910。输出端再并联电容，进一步降低输出电压的纹波，保护执行机构水泵。输出电压的大小为：若水泵的功率变大，则可通过增加D/A模块的输出电压或改变BUCK电路的参数来改变BUCK电路输出电流的大小。2.2STC89C51单片机执行机构水速的大小与发电量有关，而其电压与水速也具有一定关系，为了增加系统的稳定性和可靠性，在单片机模块加入了一个闭环，将施加在执行机构上的电压反馈给单片机，由此引入了模糊规则控制。综上所述，由表1可知，水泵循环节能控制模拟系统在电压调节模

5、块使用BUCK变化器，输出端并联电容减少纹波，加入闭环系统等措施，均增加了系统的稳定性和可靠性，提升了系统的性能，并且为大功率负载的加入提供了依据。3基于模糊规则的水泵循环节能控制模拟系统本系统应用的是模糊控制系统[8~10]，将系统的电压调节看成执行机构（水泵）从初态到终态一系列的状态变化过程，在某一时段，让水泵的水流速度保持在一定范围之内，当有外界干扰出现时，保持水泵电压的稳定性，使水泵水流速度的值保持在设定的范围之内。根据电压设定值和系统当前的反馈电压值的偏差量E以及偏差变化率EC等参数经过推理，决定采用何种措施保持输出电压稳定地跟随输入，生成控制规则表，利用控制规则表决

6、定对执行机构的控制操作，从而达到误差合理的要求。3.1模糊规则的拟定选择当前输出电压相对于输入电压的偏差E以及偏差的变化率EC为变量，控制对象为输出电压U，取值范围设定在[-6，6]范围之内；把[-6，6]变化的连续量分为7个档次，同时定义7个语言变量值，将离散化的精确量与表示模糊语言的模糊量建立关系，可将[-6，6]之间的任何整数精确量用模糊量表示，可表示为“NB”={电压偏差∈[-6，-4]}，“NM”={电压偏差∈[-6，-2]}，“NS”={电压偏差∈[-4，0]}，“ZE”={电压偏差[-2，2]}，“PS”={电压偏差∈[0，4]}，“PM”={电压偏差∈[2，6]

7、}，“PB”={电压偏差∈[4，6]}。则对电压的模糊控制规则表如表2所示。该控制规则表可用22条模糊条件语句来描述，在此列举两条：（1）ifE=NBorNMandEC=NBorNMthenU=NB（2）ifE=NBorNMandEC=NSthenU=NB3.2仿真实验为了验证系统的正确性和实用性，使用Matlab7.1在].北京：人民邮电出版社，2014.[5]李全利.单片机原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2014.[6]周建中，赵峰，李超顺.基于GSA的水轮机调速系统非线性PID