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1、基于MATLAB的水箱水位模糊控制系统的设计摘要：本文利用模糊控制理论设计出一套水箱水位模糊控制器系统，具体给出了系统设计方案，并应川MATLAB软件对该控制系统进行验证。仿真结果表明该系统取得了良好的预期效果，有效的提高了水位控制的楮度。关键字：水位；模糊控制；MATLABAbstract:Thispaperdesignsasuitofwaterleverfuzzycontrollersysteminthewatertankusingthefuzzycontroltheory,andgivesusasystemdesignprojectwhichi
2、svalidatedbytheMATLAB・Thefinalresultshowsthattheprojectobtainsanexcellentanticipantresult;italsoenhancestheprecisionofthewatercontrol.Keywords:waterlever;fuzzycontrol;MATLAB0引言在现代工业牛产及Fl常牛活中，有很多方血都会涉及到水位控制这个问题。而在绝大多数情况F,我们是很难或是不可能得到被控对彖的裕确数学模型的，因此采用数学丄具或计算机仿其技术的传统控制理论已经无法解决此类系统
3、的控制问题。⑴智能控制的概念主要是针对控制对象及其环境、目标和任务的不确定性和复杂性而提出來的，而模糊逻辑控制则作为•种新颖的智能控制方式越来越受到人们的重视。模糊逻辑控制是智能控制领域的重耍发展方向，模糊控制技术被称为“21世纪的核心技术”。本文针对水位控制对象及其坏境、日标和任务的不确定性和复杂性而提出一种模糊控制器，很好的实现了水位的自动化控制。1水箱水位自动调节系统设计系统利用OMRON公司生产的C200HE型可编程控制器作为下位机，装有组态王6.51的个人电脑作为上位机，集工控组态技术、PLC技术、DDE通信技术和智能控制技术于一体，构成一
4、个完整的过程计算机控制系统，即水位白动控制系统⑵。其工艺流程主要包括3部分：首先，通过PLC将水位传感器检测到的水位模拟量送至上位机的CRT上显示；其次，上位机可发出启停泵、阶跃实验等指令，并对上述指令信号动态采样，在CRT上显示；再次，利用DDE通信技术将组态王采集到的水位高度、水位高度谋羌等信号通过Excel作为屮间媒介读取到MATLAB中，然后按照MATLAB预先编好的模糊PTD控制算法计算出系统的控制量，最后MATLAB也是利用DDE技术将计算出的控制量送到组态王，再由组态王送到PLC的DA单元去控制变频器，从而实现水箱系统水位的自动调节。系
5、统方框图如图1所示：控制器受控系统图1系统方框图上图山DV707型交流变频器、C200HE型可编程序控制器、CY3011A型水位传感器、PC机以及水泵等设备组成，2水位模糊控制的设计水位是在生产运行中需要严格控制的参数之一，它的主要动态特性包括:非线性、非最小和位特性、不稳定性、时滞和负荷T扰等。若采用单一的水位反馈控制难以达到预期的控制效果，所以采用了仿人的模糊控制方法依据操作人员的现场经验制成模糊控制表，通过判断水位的偏卷及偏差变化率来控制输出，并易于在PLC上实现。模糊PID控制器的特点是在人范围内利用模糊推理的方法调整系统的控制量U,而在小偏
6、差范围内转换成PID控制，两者的转换根据事先给定的偏差范围口动实现⑶。这样做的好处是：既保证动态响应效果，又能改善稳态控制精度。图3为模糊PTD控制器的系统方框图。图3模糊PID控制器系统方框图其小，模糊控制器和PID控制器的切换是通过在MATLAB的M文件中事先设定误差e的范围来口动实现的⑷。选取水位误差e的基本论域为[-10cm,10cm],选取误差变化率ec的基木论域为[-4,4],选取控制量u的基本论域为[0,4000]oe、ec、u的语言变量值分别为:e={NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB),ec={NB,NM,NS,ZE,PS,P
7、M,PB},u={NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB}O依据控制经验，可建立单容水箱水位模糊控制系统的模糊控制规则如表1所示。ecNBNMNSZEPSPMPBNBNBNBNBNMNSZEPSNMNBNMNMNSNSZEZENSNBNBNMNSZEPSPMZENSZEZEZEPSPSPMPSPSPSPMPMPBPBPBPMPBPBPBPBPBPBPBPBPBPBPBPBPBPBPB表1模糊控制规则3系统的仿真结果经过不断的观察、调试后，本文设计的模糊・PID复合控制器获得了满意的控制效果。当使用此模糊・PID复合控制器对水箱水位进行H动控制时，在
8、组态王的监控界而屮观察水箱水位的实吋趋势曲线图如图5所示。020.0图5采用模糊-PID控制的水位实时趋势曲
