溶解氧模糊控制器的FPGA设计与实现.pdf

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1、溶解氧模糊控制器的FPGA设计与实现衷卫声，等溶解氧模糊控制器的FPGA设计与实现DesignandImplementationofFuzzyControllerBased—013FPGAforDissolvedOxygen衷2声1枕淑鸿1互殳洛2(南昌大学环境与化学工程学院1，江西南昌330029；浙江大学控制科学与工程系2，浙江杭州310027)摘要：为提高溶解氧浓度(DO)自动控制的实时性与稳定性，根据污水处理过程中溶解氧浓度控制和模糊控制的相关原理，设计并实现了基于FPGA的溶解氧模糊控制器。该设计基于QuartosIl9．1开发平台，结合FP

2、(；A实时性强和稳定性高的特点，使用VHDL语言，运用查表法的思想，并利用Matlab模糊控制工具箱计算出溶解氧模糊控制表。仿真结果表明，该模糊控制器能够实现对溶解氧浓度的实时控制。关键词：溶解氧浓度模糊控制FleaMatlabYHDL中图分类号：TP273文献标志码：AAbstract：Inordertoimprovethereal·timeandstabilityof龇tomticcontrolforthedissolvedoxygenIDO)-accordingtorelevantprinciplesofDOinthewagtc·watertre

3、atmentprocessandlil2zycontrol-theDOfuzzycontrollerbasedonFleaisdesignedandimplemented．ThedesignisbasedonthedevelopmentplatformQuartusIl9．1，combinedwiththestrongreal·timeandhighstabilitycharacteristicsofFPGA-andwiththemethodoflook-叩tableinhng咖IgeofVHDL，thefu=ycontrollistiscalcula

4、tedbytheu船offurylogictoolboxofMatlab．Thesimulationre．suitsshowthatthereal-timecontrolofDOcouldberealizedeffectivelybythis血印controller．KeTwor凼：DissolvedoxygenFuzzycontrolFPGAMatlabVHDL0引言溶解氧(dissolvedoxygen，DO)是污水处理过程中的重要参数，它能够较好地反映污水处理过程中的相关情况¨，。维持溶解氧浓度处于相对稳定的水平，对于保证出水水质十分重要。鉴于污

5、水处理过程无法建立精确的数学模型、经典控制无法保证系统稳定性的特点，可以将模糊控制技术同污水处理技术相结合，建立溶解氧模糊控制系统，以实现对溶解氧浓度的控制口1。目前，模糊控制器的实现方式主要有在传统的数字计算机、单片机上实现或者通过模糊控制专用硬件处理器来实现p-。前者的处理速度较慢，无法保证控制系统对实时性的要求，后者则具有处理速度快、实时性高等优点Ho。本文利用FPGA时钟频率高、实时性强的特点，采用cycloneFPGA器件EPl3T144C8，并使用VHDL硬件描述语言，完成了溶解氧模糊控制器的设计p1。1溶解氧(DO)模糊控制原理本溶解氧模

6、糊控制系统以模糊控制理论为基础，江西省科技攻关基金责助项目(墙号：20051删)。修改稿收到日期：20lO一09—26。第一作者裹卫声。男．1967生。1989年单业于浙江大学化工番，荻学士学位，羽教授；主要从事生产过程洲控技术研究。采用二阶模型，以每个采样周期采集到的DO值与设定的DO值之差E和偏差E的变化EC为输入，以控制量U为输出，进行模糊控制器的设计。首先通过A／D转换将采集到的DO值同设定值比较，分别得到误差E和误差变化层C的精确值，并将E和EC进行量化，转换成模糊控制所需要的模糊输入，然后进行模糊推理得到模糊控制量，最后通过D／A转换成模拟

7、信号U，以控制鼓风机的转速，调节溶解氧浓度。2模糊控制器的设计2．1精确量的模糊化根据污水处理的相关工艺，溶解氧偏差E的连续论域为[一22]，偏差变化EC的论域为[一44]。E和U、EC对应的离散论域分别为[一6，一5，一4，一3，一2，一l，0，l，2，3，4，5，6]和[一4，一3，一2，一1，0，1，2，3，4]。取E、EC、U的模糊子集个数分别为7、5、7，则E=(NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB)、EC=(NB，NS，ZO，Ps，PB)、U=(NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB)。2．2模糊控制表的建立本设计中的溶解氧(DO)模

8、糊控制器是二维模糊控制器，模糊控制规则的形式是№’：IFE=⋯andIFEC=⋯thenU=⋯