模糊控制技术在双容水箱液位中的应用

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1、2010年9月天水师范学院学报Sep.，2010第30卷第5期JournalofTianshuiNormalUniversityVol.30No.5模糊控制技术在双容水箱液位控制中的应用研究王维荣（甘肃省天水市科学技术局生产力促进中心，甘肃天水741000）摘要：通过建立系统的组态工程和开发组态画面，根据模糊PID控制规则编制MCGS模糊控制脚本程序，将模糊控制方法应用到双容水箱液位控制系统，并通过系统实时曲线显示结果验证了算法的控制效果.结果表明，模糊PID控制器的设计方案是成功的，液位控制系统不仅具有良好的动、静态品质，而且具有较强参数时变的

2、适应能力.关键词：模糊PID控制；双容水箱；组态软件中图分类号：TP273.4文献标识码：A文章编号：1671-1351（2010）05-0122-04双容水箱液位的控制作为过程控制的典型代本研究采用天煌实业公司的THJ-3型高级过程表，是众多过程控制学者研究的热点之一.随着智控制装置，通过自行配置和模块裁减，构建了适合能控制理论和技术的飞速发展，许多学者将模糊控项目研究的系统.THJ-3型高级过程控制装置是一制和神经网络控制技术应用于大时滞控制系统套结合了当今工业现场实际，集自动化仪表技术、中.［1-2］侯涛等利用常规模糊控制技术实现了对双容计

3、算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线水箱液位的控制[3]技术为一体的多功能实验设备，包括流量、温度、，并提出了神经PID控制在双容水箱液位控制中的应用方法[4]液位、压力等热工参数，为复杂控制系统、先进控，杨虹蓁等研究了模糊PID控制方法在纯滞后系统的应用.[5]本研究采用制系统提供了一个物理模拟对象和实验平台.系统天煌实业公司的THJ-3型高级过程控制装置，在设被控对象由水箱、锅炉和盘管三大部分组成，并提计系统结构、合理选择硬件的基础上，以双容水箱供了两路供水系统；上、中、下水箱可以组合成一滞后系统为研究对象，研究了模糊PID控制在双容阶

4、、二阶、三阶等回路液位控制系统；锅炉有内胆水箱液位控制中的应用.加热层和夹套冷却层组成，提供了典型的温度控制；盘管长37m，提供了一个大滞后环节，可以进1双容水箱液位控制系统结构的组成行复杂滞后系统的研究.整个系统结构具有多变量、非线性、大滞后的特点.模拟对象中的检测装置主1.1系统硬件的结构要有压力传感变送器、温度传感器和流量传感变送根据现场环境的复杂性和控制目标的精度等特器.整个系统通过航空插头以总线的形式连接到控殊要求设计性能良好的控制器，在系统结构上采用制平台以减小干扰.性价比较高的SCADA系统，系统总体构成为“研1.2系统硬件的组成究

5、平台+研究对象”的结构，如图1所示.系统硬件主要由上位机、测控单元和通讯网络组成.上位机主要实现智能控制算法和系统实时监控；测控单元通过接收上位机的算法和指令来控制对象，同时将检测到的信号上传，这样的硬件体系有最小的硬件支持便可满足研究要求.控制系统的上位控制机采用研华IPC610H工控机，4U高14槽机架安装工业电脑机箱，此机箱包
括一个通用14槽无源底板、带PFC（功率因数补偿）电源的高效300WATX和易于维护的双冷却风图1双容水箱液位控制系统模糊控制研究平台结构收稿日期：2010-09-20作者简介：王维荣(19

6、68-)，男，甘肃甘谷人，甘肃省天水市科技局生产力促进中心工程师，硕士.122扇.机箱前面板上的系统状态LED指示灯可显示电处理.设备的基本属性重要是设置设备的初始工作源、硬盘和系统电压的运行情况.带有两个高CFM状态、最小采集周期、设备地址、数据格式、是否风扇的先进冷却系统能够提供充足的气流来冷却系校验以及输入范围等.7017的基本属性设置如图4统的主要部件.前端接线的USB和PS/2键盘I/O接口所示.设备的通道连接和设备调试属性指出了设备可以连接各种外部设备，以便进行数据传输、备份通道所用到的数据对象，数据处理可以选择为滤和输入.波、开方、

7、多项式以及自定义查表等各种处理方式.系统检测单元包括液位检测装置、温度检测装置和流量检测装置，系统的执行机构主要由电动调节阀、磁力驱动泵、电磁阀和电加热管组成，信号通道主要由8通道模拟量输入模块IPC7017、4通道模拟量输出模块IPC7024和3路热电阻输入模块IPC7033组成.2系统组态工程的建立2.1组态软件及技术MCGS生成的用户系统，主要由主控窗口、设图4MCGS设备属性设置窗口备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部需要注意的是，在对设备基本属性设置时，要分构成，MCGS的典型结构如图2所示.考虑设备最小采样周期的大小，一般在设

8、计时要和0123系统运行的循环时间能够配合.本研究最小采样周期和循环时间均设置为200ms～1000ms，构建的实