水箱水位模糊控制系统建模仿真_课程设计

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1、钦州学院系统仿真课程设计设计题目水箱水位模糊控制系统建模仿真水箱水位模糊控制系统仿真建模摘要水位控制系统在各个领域上都有广泛应用，虽然其结构简单但由于控制过程具有多变量，大滞后，时变性等特点，且在控制过程中系统会受到各种不确定因素的影响，难于建立精确的数学模型。虽然自适应、自校正控制理论可以对缺乏数学模型的被控对象进行识别，但这种递推法复杂，实时性差。近年来模糊控制在许多控制应用中都取得了成功，模糊控制应用于控制系统设计不需要知道被控对象精确的数学模型，对于许多无法建立精确数学模型的复杂系统能获得较好的控制效果，同时又能简化系统的设计，因此，在水箱水位自动控制系统中，模糊控制就成为

2、较好的选择。本文主要论述了应用模糊控制理论控制水箱水位系统，首先详尽的介绍了模糊控制理论的相关知识，在此基础上提出了用模糊理论实现对水箱水位进行控制的方案，建立了简单的基于水箱水位的模糊控制器数学模型。本试验系统还充分利用了MATLAB的模糊逻辑工具箱和SIMULINK相结合的功能，首先在模糊逻辑工具箱中建立模糊推理系统FIS作为参数传递给模糊控制仿真模块，然后结合图形化的仿真和建模工具，再通过计算机仿真模拟出实际系统运行情况。通过试验模拟，证明了其可行性。目录摘要Abstract1绪论51.1水箱水位系统概述51.2模糊控制理论简介51.2.1模糊控制理论的产生、发展及现状61.

3、2.2模糊控制理论运用于水箱水位系统控制的意义61.3仿真建模工具软件MATLAB／SIMULINK简介61.4本文的主要任务及内容安排82模糊理论及模糊控制基础82.1模糊理论基础82.1.1从经典集合到模糊集合的转变92.1.2模糊集合的基本概念102.1.3模糊集合的基本运算122.2模糊控制基础142.2.1模糊控制的回顾和展望152.2.2模糊控制系统的结构152.3本章小结203水箱水位模糊控制器的建立203.1输入输出语言变量语言值的选取及其赋值表213.2控制规则描述243.3水位控制模糊关系矩阵243.4模糊推理243.4.1输入量模糊化243.4.2模糊推理24

4、3.5模糊判决253.6水位模糊控制查询表253.7本章小结254利用MATLAB对水箱水位系统进行仿真建模264.1水箱水位模糊推理系统（FIS）的建立264.2对SIMULINK模型控制系统的构建344.3进行Simulink模型仿真374.4本章小结37结论40参考文献40水箱水位模糊控制系统仿真建模1绪论1.1水箱水位系统概述在能源、化工等多个领域中普遍存在着各类液位控制系统液。各种控制方式在液位控制系统中也层出不穷，如较常用的浮子式、磁电式和接近开关式。而随着我国工业自动化程度的提高，规模的扩大，在工程中液位控制的计算机控制得到越来越多的应用。液位控制系统的检测及计算机控

5、制已成为工业生产自动化的一个重要方面。经典控制理论和现代控制理论的控制效果很大一部分取决于描述被控过程精确模型的好坏，这使得基于精确数学模型的常规控制器难以取得理想的控制效果。但是一些熟练的操作工人、领域专家却可以得心应手的进行手工控制。因此基于知识规则的模糊控控制理论在其应用中就有了理论和现实意义1.2模糊控制理论简介1.2.1模糊控制理论的产生、发展及现状美国加利福尼亚大学教授扎德（L.A.Zadeh）在1965年撰写的论文《FuzzySet》开创了模糊逻辑的历史，从此，模糊数学这门学科渐渐发展起来。1966年，P.N.Marinos发表了模糊逻辑的研究报告，这标志着模糊逻辑真

6、正地诞生。后来，扎德又提出模糊语言变量这个重要的模糊逻辑概念。1974年，扎德又进行模糊逻辑推理的研究。自1974年英国的E.H.Mamdani教授成功地将模糊逻辑应用于锅炉和蒸汽机控制以来，模糊控制已逐渐得到了广泛的发展并在现实中得到成功的应用。从此，模糊逻辑成为专家学者、控制工程师们研究的一个热门课题。特别是在日本，模糊理论的应用得到空前发展，最引人注目的是1987年7月仙台市采用模糊逻辑进行控制的地下铁路运输系统成功地投入运行。目前，模糊理论及其应用愈来愈受到人们的欢迎，在学术界也受到不同专业研究工作者的重视，在化工、机械、冶金、工业炉窑、水处理、食品生产等多个领域中发挥着重

7、要的作用。究其原因，主要在于模糊逻辑本身提供了一种基于专家知识（或称为规则）甚至语义描述的不确定性推理方法。控制系统的设计不要求知道被控对象的精确数学模型，只需要提供专家或现场操作人员的经验知识及操作数据，因而对于许多无法建立精确数学模型的复杂系统能获得较好的控制效果，同时又能简化系统硬件电路的设计。充分显示了其对大规模系统、多目标系统、非线性系统以及具有结构不确定性的系统进行有效控制的能力。我国模糊控制理论及其应用方面的研究工作是从1979年李宝绶，刘志俊等对模糊控