双容水箱液位模糊控制

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1、双容水箱液位模糊控制一、实验目的    熟悉双容液位控制系统的组成原理。    通过实验进一步掌握模糊控制原理及模糊控制规则的生成。   了解量化因子和比例因子对控制效果的影响。    掌握解模糊方法及实现。二、实验设备实验对双象为TKGK-1双容液位系统TKGK-1型实验装置：GK-06、GK-07-2    万用表一只    计算机系统三、实验原理图1双容水箱液位模糊控制系统方框图    图1为双容水箱液位控制系统。控制的目的是使下水箱的液位等于给定值，并能克服来自系统内部和外部扰动的影响。双容水箱液位系统如图2，该被控对象具有非线性和时滞性，建立精确的数学模型比较困

2、难；模糊控制不仅可以避开复杂的数学模型，通常还能得到比较好性能指标。模糊控制器的结构图如图3。    模糊控制器的输入为误差和误差变化率：误差e=r-y，误差变化率ec=de/dt，其中r和y分别为液位的给定值和测量值。把误差和误差变化率的精确值进行模糊化变成模糊量E和EC，从而得到误差E和误差变化率EC的模糊语言集合，然后由E和EC模糊语言的的子集和模糊控制规则R（模糊关系矩阵）根据合成推理规则进行模糊决策，这样就可以得到模糊控制向量U，最后再把模糊量解模糊转换为精确量u，再经D/A转换为模拟量去控制执行机构动作。图3模糊控制器组成原理图模糊量化：根据精确量实际变化范围

3、[a,b]，合理选择模糊变量的论域为[-n,n]，通过量化因子k=，将其转换成若干等级的离散论域，如七个等级为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，简写为{NB,NM,NS,O,PS,PM,PB}。确定模糊子集的隶属函数曲线。一般常采用三角形、梯形和正态分布等几种曲线。然后由隶属函数曲线得出模糊变量E、EC、U的赋值表。    根据经验，E模糊子集的隶数度函数取正态分布曲线，则赋值表见表一：表一：变量E隶属函数赋值表E-6-5-4-3-2-10123456NBNMNSOPSPMPB1.00.3000000.70.60.100000.41.00.200000.20.6

4、0.500000.10.31.00.100000.10.50.40.100000.21.00.200000.10.40.50.100000.11.00.30.100000.50.60.200000.21.00.400000.10.60.7000000.31.0模糊控制规则：模糊控制规则是操作经验和专家知识的总结，是进行模糊推理的依据。在设计模糊控制规则时，必须考虑控制规则的完备性、交叉性和一致性。既保证对于任意给定的输入，均有相应的控制规则起作用；控制器的输出值总是由数条控制规则来决定；控制规则中不存在相互矛盾的规则。在总结专家经验和过程知识的基础上，可以得到如表二的控制

5、规则表：    模糊推理：模糊推理是模糊控制器的核心，模糊控制系统目前常采用的有：CRI推理的查表法、CRI推理的解析法、Mamdani直接推理法、后件函数法等。本实验可采用Mamdani直接推理法。Mamdani推理法是先求出模糊关系R，再根据输入求出控制量，把控制量清晰化，可得控制查询表.     本试验设计了容量为7×7条控制规则表，这个规则表可以用27条模糊条件语句来描述：    如：ifEl=NBandEf=NBthenU=PS，对应的模糊关系：R1=A1×B1×C5    根据Ri(i=1,2,…27)可以得到综合模糊矩阵R。如下计算模糊关系矩阵R:    R

6、=R1∪R2∪…R27    E和EC对应的模糊变量为和，此时可由下式求出:U*=(A*×B*)R   式中：——表示求合成运算.    解模糊：可采用常用的重心法进行解模糊运算。表二控制规则表 NB NM NS O PS PM PBNBNMNSOPSPMPBPSNSNMNBNBNBNBPSPSNSNMNMNBNBPSPSONSNSNMNMPSPSOOONSNSPMPMPSPSONSNSPBPMPMPMPSPSNSPBPBPMPMPMPSNS四、实验步骤    1.按图1连成控制系统图。其中被控对象为下水箱，被控制量为液位高度，控制器由计算机系统组成，接口的驱动已在“计算

7、机控制系统”试验中完成，这里不再赘述。   2.启动工艺流程并开启相关仪器，调整传感器输出的零点与增益。   3.运行模糊控制程序，并输入参数，记录试验数据和控制曲线。   4.修改模糊控制规则，重复步骤3。   5.待系统稳定后，加手动扰动，观察系统的动态变化，并记录结果。五、实验报告要求   1.给出模糊控制器的设计过程和程序清单   2.建立EC的隶数度函数赋值表   3.建立控制查询表   4.记录试验数据和曲线   5.分析试验结果六、思考题    1．如果输入变量离散论域分为五个等级，对计算和控制效果有什么影响？