【正文】 所示。其響應曲線圖如圖 410所示。 圖 48 Random Number 擾動環(huán)節(jié)下的系統(tǒng)響應曲線圖 如圖 48 所示，系統(tǒng)在加入 Random Number 擾動環(huán)節(jié)后，峰值輸出為 100mm，調(diào)節(jié)時間為 500s，超調(diào)量幾乎為零，穩(wěn)態(tài)輸出后的值為 ，存在 的穩(wěn)態(tài)誤差，符合控制要求。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 25 圖 46 Ramp 擾動環(huán)節(jié)下系統(tǒng)的響應曲線圖（合適比例度下） Number 擾動環(huán)節(jié)下的仿真 系統(tǒng)加入 Random Number 擾動環(huán)節(jié)后系統(tǒng)的 simulink圖如下圖 47 所示。 圖 45 Ramp 擾動環(huán)節(jié)下系統(tǒng)的響應曲線圖 由圖 45 可知，原系統(tǒng)在 400s 后，已進入穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)定輸出值為 。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 24 由圖 43 所示，在控制系統(tǒng)的作用下，當給定輸入階躍信號時，系統(tǒng)能夠在 t=400s的時間內(nèi)，通過控制閥門開度進而控制下水箱的進水量，使下水箱維持在控制要求的合理范圍之內(nèi)。 圖 42 上水箱階躍響應曲線圖 圖 43 下水箱階躍響應曲線圖 由圖 42 所示，在控制系統(tǒng)的作用下，當給定值輸入階躍信號時，系統(tǒng)能夠在 t=200s的時間內(nèi)，通過控制流入上水箱的水量，使上水箱維持恒定的輸出，并將水位維持在。如表 35 所示。 建立模糊液位控制器的模糊控制規(guī)則表 模糊控制量的選取遵循如下原則：當誤差大或者較大時，模糊控制量的增量的選擇應以消除誤差為主；當誤差較小時，模糊控制量的增量的選擇應以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主，防止系統(tǒng)超調(diào)。選擇控制量的比例因子max /6duK du? 。 在確定了量化因子 Ke、 Kec 后，計算機采樣得到的誤差為基本論域的一個精確值，設為 e(n)，對其量化，找到其論域內(nèi)的元素與之對應。設量化因子 K 的基本論域 [a， b]和模糊集的論域 [c， d]，則其對應關(guān)系為 K=(dc)／ (ba)。分別將液位誤差 e 模糊化為 E，誤差變化率 ec 模糊化為 EC，將控制閥的開度變化 du 模糊化為 DU，取 E、 EC、DU 的模糊集合的論域均為： {6， 5， 4， 3， 2， 1， 0， 1， 2， 3， 4， 5， 6}。輸出量的比例因子由下式確定，即 : maxu UK m? 由于控制量的基本論域為一連續(xù)的實數(shù)域，所以，從控制量的模糊集論域到基本論域的變換，可以利用上式計算，即 : mi u iy K m?? 式中 im 為控制量模糊集論域中的任一元素或為控制量的 模糊集所判決得到的確切控制量 miy ,為控制量基本論域中的一個精確量， uK 為比例因子?？刂屏康幕菊撚騼?nèi)的量也是精確量。當論域為有限離散點時， z可用下列公式求?。? ?? ?? ? b zj jcz ai ic )z(u)z(u001 加權(quán)平均法是模糊控制系統(tǒng)中應用較為廣泛的一種判決方法。例如，已知控制量的模糊子集合為： 52044036028011 ....u ????? 顯然，隸屬度最大的元素為 1，因此選取 1 為輸出控制量，如果有兩 個以上的元素均為最大，則可取它們的平均值。 And運算通常采用求交 (取小 )或求積 (代數(shù)積 )的方法；合成運算 “。 對 于兩輸入輸出的模糊控制器。形式邏輯對于人類社會的發(fā)展起了很大的作用，但對于模糊性問題，形式邏輯和數(shù)理邏輯都沒有辦法解決。模糊控制器控制規(guī)則的設計原則是：當誤差較大時，控制量的變化應盡力使誤差迅速減少；當誤差較小時，除了要消除誤差外，還要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止系統(tǒng)產(chǎn)生不必要的超調(diào) ，甚至振蕩。模糊控制的控制規(guī)則是基于手動控制策略，而手動控制策略又是人們通過學習、試驗以及長期經(jīng)驗積累而逐漸形成的，存儲在操作者頭腦中的一種技術(shù)知識集合。 X 模糊化成這樣的一個模糊子集，它在點 X 處隸屬度為 l，除 X 點外其余各點的隸屬度均取 0。如把 [6， +6]之間連續(xù)變化的連續(xù)量分為七個檔次每一檔對應一個模糊集，這樣處理使模糊化過程簡單。因此，在選擇模糊變量的模糊集的隸屬函數(shù)時，在誤差較大的區(qū)域采用低分辨率的模糊集，在誤差較小的區(qū)域采用較高分辨率的模糊集，當誤差接近于零時，選用較高分辨率的模糊集。 這種隸屬函數(shù)的形狀和分布由三個參數(shù)表示，一般可描述為 : a x b()bxcxabauxxcbc?? ???? ?? ??? ??? ??若若 由于它的形狀僅與直線的形狀有關(guān)，因此適合于有隸屬函數(shù)在線調(diào)整的自適應模糊控制。 定義各模糊變量的模糊子集 定義一個模糊子集，實際上就是要確定模糊子集的隸屬函數(shù)。一般情況下，選擇上述七個詞匯，但也可以根據(jù)系統(tǒng)需要選擇三個或五個語言變量。在一般的模糊控制系統(tǒng)中，考慮到模糊控制器實現(xiàn)的簡易性和快速性，通常采用二維模糊控制器結(jié)構(gòu)形式，這種控制器以誤差和誤差的變化率為輸入量，以控制量的變化為輸出變量。這類模糊控制規(guī)則的模糊關(guān)系為 : ini iiyx BAAR ??? ??121),( )( 由于模糊控制器的控制規(guī)則是根據(jù)工程人員的操作經(jīng)驗而制定的，一般人對誤差最敏感，其次是誤差的變化率。 ， … ， nA 和 1B ， … ， nB 均為輸入輸出論域上的模糊子集 。 這是一種最為簡單的模糊控制器，輸入量和輸出量都只有一個。 ，計算機控制程序通過查詢該控制表，即可以找到對應于某模糊數(shù)輸入量的控制量模糊數(shù)，再通過輸出量比例因子將模糊輸出控制量轉(zhuǎn)換成進行控制量的精確化輸出，這實際上是在在輸出范圍內(nèi)，找到一個被認為最具有代表性的、可直接驅(qū)動控制裝置的確切的輸出控制值。我們將這些檔的大小關(guān)系用模糊論域上的模糊子集來表示。 模糊控制器的設計步驟 對于基本模糊控制器的設計與構(gòu)造，并沒有固定的方法，但一般來說基本模糊邏輯控制器的設計過程可分為四個步驟： ，根據(jù)采樣得到的系統(tǒng)輸出值，計算所選擇的系統(tǒng)的輸入變量。至此，得到了誤差 e 的 模糊語言集合 的 一個子集 E，再由 E 和模糊控制規(guī)則 R(模糊關(guān)系 )，根據(jù)推理的合成規(guī)則進行模糊決策，得到模糊控制量 U 為 : U=E*R (31) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 13 式中 U 為一個模糊量。 ：起到模糊控制的推斷作用，并產(chǎn)生一個精確的或非模糊的控制作用，此精確控制作用必須進行逆定標 (輸出定標 )，這個作用是在對受控過程進行控制之前通過量程變換來實現(xiàn)的。通常模糊控制器包括四個部分：模糊化接口、知識庫、推理機和精確化 (既反模糊化 )。運用模糊理論、模糊語言變量和模糊邏輯推理的知識，就可以把這些模糊的語言規(guī)則上升為數(shù)值運算，從而能夠利用計算機來完成對這些規(guī)則的具體實現(xiàn)，達到以機器代替人對某些對象進行自動控制的目的。它是受這樣事實而啟發(fā)的：對于用傳統(tǒng)控制理論無法進行分析和控制、復雜而無法建立數(shù)學模 型的系統(tǒng)，有經(jīng)驗的操作者或?qū)＜覅s能取得比較好的控制效果。因此，模糊控制系統(tǒng)無疑也是一種智能控制系統(tǒng)。 水箱模型的過程辨識 由上文可知，水箱模型的傳遞函數(shù)如式 22 所示，在過程輸入階躍信號 ?u 時，其階躍響應曲線如圖 28 所示。 將傳遞函數(shù)分解后可得上水箱 的傳遞函數(shù)為 )(1 ?? ssG，下水箱傳遞函數(shù)為 161 1)(2 ?? ssG。 引入后，上式就為： HgABQ 2?? 錯誤 !未找到引用源。詳細過程不再贅述。 由上式得： )(22 zHgV ?? 錯誤 ! 未 找 到 引 用 源 。 4006402020120110456520013551093內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 8 (4)忽略流經(jīng)線性阻力板水流自身的張力和粘滯力對測量的影響。因此為方便研究，我們對流 經(jīng)線性阻力板的水流進行以下四條近似處理： (1)采用微元原理。 根據(jù)動態(tài)物料平衡關(guān)系，單位時間內(nèi)進入被控過程的物料減去單位時間內(nèi)從被控過程流出的物料等于被控過程內(nèi)物料存儲量的變化率可得函數(shù)關(guān)系： dtdhC 1121 ??， )( 112 hfQ ? dtdhC 2232 ??， )( 223 hfQ ? 所以得到狀態(tài)方程為： 112221121112101)(1)(1)(1QChfChfChfChhdtd?????????????????????????????? 錯誤 !未找到引用源。 與水箱 2 的液位變化 錯誤 !未找到引用源。 為閥門 1 的流量比例系數(shù)。 根據(jù)物料的動態(tài)平衡關(guān)系，列出雙容過程的的增量方程 dthdAΔQΔQ 1121 ??? 其中：2121 。為保證調(diào)節(jié)參數(shù)的要求，主調(diào)節(jié)器參數(shù)選取下水箱的液位值，上水箱的液位作為副調(diào)節(jié)參數(shù)，串接起來形成串級控制系統(tǒng)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 5 雙容水箱被控對象的動態(tài)數(shù)學模型 圖 22 分離式雙容液位過程 如圖 22 所示，分離式雙容液位過程由兩個管路分離的水箱串聯(lián)而成。 液位控制系統(tǒng)的控制目標 本課題中雙容水箱的液位值變化區(qū)間為 H=0～ 100mm，設計的目標是通過設計正確的模糊控制器，能夠使雙容水箱過程中下水箱的液位值快速、準確、穩(wěn)定地維持在要求的變化區(qū)間之內(nèi)，進入穩(wěn)態(tài)后液位的穩(wěn)態(tài)誤差不大于 5mm，運行過程中，當系統(tǒng)有隨機的擾動干擾時，被控量在控制器的作用下能夠快速做出響應，進而控制執(zhí)行器動作，使被控量再次恢復到要求的范圍之內(nèi)。若流入量過大，則超出水箱的警戒水位；若流入量不足，則液位下降，出于生產(chǎn)需求等方面的考慮，不能使水位低于某一臨界值。 ，說明本課題設計的系統(tǒng)有利于改善系統(tǒng)的動態(tài)能，控制性能良好，是一種有效的控制方法。 本課題的主要工作 ，首先建立起被控對象（液位系統(tǒng)的水箱）的模型。模糊控制理論的研究與發(fā)展，首先需要創(chuàng)建一個工作結(jié)構(gòu)與框架，這樣做的目的就是為了通過研究模糊控制算法的演變推理過程，進而了解模糊控制器的工作原理和實質(zhì)，并且憑借著這樣的原理和大量的實踐，尋求出模糊控制與常規(guī)的控制方法之間的異同之處與內(nèi)在關(guān)聯(lián)。對于一個既定的系統(tǒng)，我們可以很容易的直接加以處理和研究，并不需要從起步開始著手。 (3)以語言變量代替常 規(guī)的數(shù)學變量，易于構(gòu)造形成專家權(quán)威的理念和知識。尤其是在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域更是取得了長足的發(fā)展，在家電行業(yè)模糊相機、模糊洗衣機、模糊冰箱等 “模糊 ”產(chǎn)品的出現(xiàn)，可見一斑。因此在液位控制系統(tǒng)的控制器設計中采用模糊控制，在實際應用中也取得了較好的效果?？紤]到工業(yè)生產(chǎn)過程的連續(xù)性和經(jīng)濟性，重新整定的工作實際很難進行，甚至幾乎是不可能的。本文所設計出的模糊控制器用在液位控制系統(tǒng)中，并通過 Matlab軟件進行仿真，當液位控制系統(tǒng)的模型參數(shù)變化時，系統(tǒng)能具有良好的控制效果。液位的時間常數(shù) T一般很大，有很大的容積遲延，如果采用常規(guī)單回路控制系統(tǒng)來控制，可能無法達到較好的控制質(zhì)量，所以有必要尋求更有效 的方法對液位進行控制，克服流量等對液位造成的干擾。 通常來講，液位控制的本質(zhì)是通過控制某一執(zhí)行機構(gòu)，進而達到控制液面的效果。 Fuzzy control。 在本課題中，以液位控制系統(tǒng)的水箱為研究對象，水箱的液位為被控制量。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有很多地方需要對控制對象進行液位控制，使液位準確的保持在給定的數(shù)值范圍之內(nèi)。 關(guān)鍵詞：水箱液位；模糊控制； 雙容水箱 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 Abstract Level control of a generally refers to control and adjustment the liquid level control object , enables it to achieve the required control precision. In the industrial production process, a lot of places that need to control the liquid level control objects, keep accurately in a given level of numerical range. In this topic, the water tank of level control system is the research object, liquid level of water tank is controlled var