【文章內(nèi)容簡介】 E NB NS NM ZO 1 PS PM PB 3 2 1 0 1 2 3 圖 E的隸屬度函數(shù) EC NB NS NM ZO 1 PS PM PB 3 2 1 0 1 2 3 圖 EC的隸屬度函數(shù) U NB NS NM ZO 1 PS PM PB 3 2 1 0 1 2 3 圖 U的隸屬度函數(shù) 二、模糊推理及建立模糊決策 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 然后我們將輸出去模糊，即進(jìn)行模糊推理，建立模糊控制器的控制規(guī)則，其形式if E is NB and EC is PS then U is PM模糊決策一般采用 Mamdani＇ s(min－ max)決策法。 這樣我們就建立起 49條控制規(guī)則，控制規(guī)則如 表 314所示： 表 314 模糊控制規(guī)則表 NB NM NS ZO PM PS PB NB PB PB PB PB PM ZO ZO NM PB PB PB PB PM ZO ZO NS PM PM PM PM ZO NS NS ZO PM PM PS ZO NS NM NM PM PS PS ZO NM NM NM NM PS ZO ZO NM NB NB NB NB PB ZO ZO NM NB NB NB NB 三、精確化過程 解模糊有重 心法 、等分法、最大隸屬度平均法等 5種可供選擇，在此采用重心法(centroid)。重心法是取模糊隸屬度函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)圍成面積的重心為模糊推理最 終輸出值，即 ? ?? ???V vvV dvvdvvv?? 對于具有 m個(gè)輸出量化級數(shù)的論域情況 ＝? ?? ?????mkkvmkkvkvvv11?? 與最大隸屬度法相比較，重心法具有更平滑的輸出 推理控制。即對應(yīng)于輸入信號的微小變化，其推理的最終輸出一般也會(huì)發(fā)生變化，且這種變化明顯比最大隸屬度函數(shù)法 EC U E 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 要平滑 ： 首先在 MATLAB的命令窗口中輸入 fuzzy，進(jìn)入模糊邏輯編輯窗口 FIS Editor。建立 E、EC、 U的隸屬度函數(shù)，有三角形、高斯形、梯形等 11種可擇在此選常用的三角形 (trimf)隸屬度函數(shù)。 默認(rèn)的具有一個(gè)輸出，添加第二個(gè)輸入，并且分別命名為 E， Ec， U。雙擊黃色和綠色的方框就可以進(jìn)入隸屬函數(shù)編輯對話框了。設(shè)置 E,Ec的 range為 [3,3]，u的 range為 [3,3]。然后每一個(gè)變量再添加 4個(gè)輸入隸屬函數(shù)，總共 7個(gè)。 如圖 、圖 ： 圖 打開模糊控制器 圖 設(shè)置兩個(gè)輸入 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 由于我們模糊控制器是偏差 E、偏差變化率 EC兩個(gè)輸入，所以我們要對模糊控制器再添加一個(gè)輸入，選擇 Eidit Add Input。選擇 Eidit Remove All MFS然后選擇 Eidit Add MFS在彈出的對話框中選擇添加 7條；然后對模糊控制器的輸入隸屬度函數(shù)進(jìn)行編輯如圖 ： 圖 編輯 E 的隸屬度函數(shù) 我們建立的隸屬度函數(shù)的論域?yàn)?{3， 1， 2， 0， 1， 2， 3， 4}， 選擇 Edit 再選Add Rules 在彈出的對話框中，進(jìn)行模糊控制規(guī)則的編輯，依據(jù)模糊控制表，添加模糊控制規(guī)則 如圖 所示： 圖 輸入模糊控制規(guī)則 保存模糊控制器為 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 SIMULINK 的搭建及其與模糊控制器的連接 ： 搭建模糊控制仿真回路如圖 所示： 圖 搭建控制仿真橋 將模糊控制器與建立好的模糊控制器連接，并將模糊控制器 bbk 嵌入入到當(dāng)前文件夾。 具體步驟是，在 MALABL 命令窗口中輸入 fuzzy bbk 運(yùn)行，彈出 文件的對話框，選擇 Export 下的 To Workspace，這樣 SIMULINK 中的模糊控制器就替換為 內(nèi)設(shè)置的內(nèi)容。 模糊控制算法的仿真調(diào)試及分析 ： 對三個(gè)增益放大器的增益進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)幾組不同的數(shù)據(jù)得到仿真結(jié)果如圖 、 圖 、 圖 所示。 Gain=100 Gain1= Gain2= 圖 模糊控制器仿真結(jié)果 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 Gain=75 Gain1= Gain2= 圖 模糊控制器仿真結(jié)果 Gain=70 Gain1= Gain2= 圖 模糊控制器仿真結(jié)果 PID 控制算法的仿真調(diào)試及分析： 我們在此對比相同模型下常規(guī) PID 控制器的控制效果，在常規(guī) PID 控制器中的 P相當(dāng)于圖 35中的 Gain2， I相當(dāng)于 Gain， D 相當(dāng)于 Gain1。同樣，我們在 SIMULINK 中搭建 仿真 回路如圖 所示。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 圖 PID 仿真控制回路 在 MATLAB 中運(yùn)行該回路，然后調(diào)節(jié)不同的 PID 的參數(shù)得到幾組較好的圖形如以下圖 、圖 、圖 所示： P=100， I=， D= 圖 PID 仿真控制結(jié)果 P=75， I=， D= 圖 PID 仿真控制結(jié)果 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 P=70， I=， D= 圖 PID 仿真控制結(jié)果 對比模糊控制器下的仿真結(jié)果圖我們可以看出，在相同的控制對象的情況下，模糊控制器在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)結(jié)果上，調(diào)節(jié)時(shí)間上要短，而且最終的穩(wěn)態(tài)誤差也較小。系統(tǒng)波動(dòng)也不大。只要參數(shù)合適，經(jīng)過一個(gè)很短的調(diào)節(jié)時(shí)間就可以使系統(tǒng)穩(wěn)定下來。由此我們可以看出，在控制對象模型不明確的情況下，跟傳統(tǒng)的 PID調(diào)節(jié)器相比較，模糊控制器的控制效果更佳。 這說明了模糊控制器，比 PID控制器有更優(yōu)越的性能。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 第四章 組態(tài)界面的開發(fā) 與仿真 組態(tài)畫面的監(jiān)控要實(shí)現(xiàn)的功能 組態(tài)軟件在本設(shè)計(jì)中的任務(wù)主要是實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對下位的實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括對時(shí)下流量值的監(jiān)視和報(bào)警。我們依此作出四個(gè)組態(tài)畫面：登陸界面，主界面，報(bào)警界面，實(shí)時(shí)曲線界面。我們希望四個(gè)畫面之間可以相互切換，具體是從登陸界面進(jìn)入主界面，主界面主要是實(shí)現(xiàn)對流量的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和報(bào)警監(jiān)控。在主界面中設(shè)置按鈕，使得可以從主界面返回登陸界面，可以分別進(jìn)入報(bào)警界面和實(shí)時(shí)曲線界面。而從報(bào)警界 面和實(shí)時(shí)曲線界面也可以返回主界面。具體流程如圖 ： 圖 組態(tài)畫面流程圖 組態(tài)畫面的開發(fā)： 仿真驅(qū)動(dòng)的建立 . （ 1） 我們首先打開組態(tài)軟件，建立新的工程，然后再開始畫面中選擇開發(fā)我們新建的工程。 （ 2）進(jìn)入開發(fā)界面后，我們首先建立我們需要的變量，我們整個(gè)界面面對的只有流量一個(gè)變量。而且，我們現(xiàn)在首先要進(jìn)行的是對組態(tài)畫面的開發(fā)仿真，所以要建立的變量是仿真驅(qū)動(dòng)變量。 整個(gè)過程分別如圖 、圖 、圖 : 登陸界面 報(bào)警界面 實(shí)時(shí)曲線界面 主界面 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 建立新的工程 : 圖 建立工程 圖 打開工程 建立變量時(shí) ,我們首先在工程項(xiàng)目中打開 I/O設(shè)備組態(tài) ,彈出如圖 ,在畫面中選擇力控目錄下的仿真驅(qū)動(dòng) ,彈出對話框如圖 ,在對話框中進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置 ,其中設(shè)備名稱為 PLC1,地址為 0,這樣就建立了一個(gè)仿真驅(qū)動(dòng) PLC1如圖 示 .I/O設(shè)備對話框 : 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 圖 編輯仿真驅(qū)動(dòng) 圖 建立仿真驅(qū)動(dòng) 圖 建立好驅(qū)動(dòng) 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 如圖 ,在項(xiàng)目工程中打開數(shù)據(jù)庫組態(tài)彈出如圖 : 圖 建立數(shù)據(jù)庫組態(tài) 圖 設(shè)置變量 雙擊 NAME下的空白框 ,彈出數(shù)據(jù)類型對話框 ,選擇莫伊 I/O點(diǎn) ,點(diǎn)擊繼續(xù)按鈕 ,彈出如 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 圖 . 圖 建立變量 在點(diǎn)名中鍵入名為 liuliang的變量 (注意變量名只能為字母數(shù)字 ,不能為漢字 ),設(shè)置相關(guān)參數(shù) .選擇數(shù)據(jù)連接彈出對話框如圖 : 圖 連接驅(qū)動(dòng)器 選擇 PV,I/O設(shè)備 ,在設(shè)備中選擇 PLC1,點(diǎn)擊連接相的增加按鈕彈出如圖 對話框 : 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 圖 定義變量 在彈出的對話框中 ,寄存器地址設(shè)置為 0,寄存器類型選擇三角波寄存器 ,這樣變量liuliang就可以在仿真驅(qū)動(dòng)的模式下 ,以三角波的規(guī)律變化 .設(shè)置完成后點(diǎn)擊確定按鈕 ,變量就與仿真驅(qū)動(dòng)器連接起來了 .彈出對話框如圖 : 圖 完成變量連接 在菜單欄中 建立性的畫面工程 ,起名為 denglu. 如圖 、圖 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 圖 建立登陸畫面 圖 編輯登陸畫面 我們在圖中加入靜態(tài)文本，在各個(gè)文本中編輯個(gè)人信息，并且加入一個(gè)按鈕，選中按鈕，點(diǎn)擊右鍵打開組態(tài)對話框，將按鈕名字改為主界面。 同理，我們建立主畫面，如圖 。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 圖 編輯主畫面 在主畫面中畫出對應(yīng)流量單元的液罐和管道，在標(biāo)準(zhǔn)圖庫中選出流量計(jì)、泵、還有報(bào)警燈。在流量計(jì)附近加入一個(gè)靜態(tài)文本，取名為流量，并與變量流量建立連接如圖 ： 圖 連接變量 將報(bào)警燈也與流量變量進(jìn)行連接，如圖 ： 圖 報(bào)警器變量連接 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30 在表達(dá)式選項(xiàng)中，選擇變量如圖 ： 圖 變量選擇 我們設(shè)置當(dāng) liuliang大于 40時(shí)報(bào)警燈進(jìn)行報(bào)警，當(dāng)流量小于 40時(shí)，報(bào)警燈為綠色；大于 40時(shí)報(bào)警燈為紅色。我們設(shè)置四個(gè)按鈕分別命名為歷史趨勢、報(bào)警界面、開始停止按鈕、返回按鈕。 ： 建立趨勢畫面如圖 。 圖 建立趨勢界面 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 31 趨勢畫面中加入趨勢線，具體步驟是： 在工具箱中選擇常用組件，擇趨勢曲線，如圖 ： 圖 添加趨勢曲線 雙擊趨勢曲線，彈出對話框如圖 ： 圖 設(shè)置趨勢曲線 在曲線類型中選擇實(shí)時(shí)趨勢，將曲線名稱命名為 liuliang，點(diǎn)擊變量后的問號，彈出變量選擇窗口如圖 ： 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 32 圖 趨勢變量連接 選擇變量為 ，點(diǎn)擊增加如圖 ： 圖 命名趨勢 這樣我們就建立起趨勢畫面。 我們建立新的畫面，在工具箱中選擇常用組件，在常用組件對話框中選擇報(bào)警，并添加按鈕，命名為返回，作為報(bào)警畫面與主畫面的連接。 在標(biāo)準(zhǔn)圖庫中加入報(bào)警燈，最后 得到報(bào)警畫面如圖 ： 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 圖 建立報(bào)警界面 雙擊報(bào)警燈，在彈出的組態(tài)對話框中，對報(bào)警燈進(jìn)行設(shè)置如圖 圖 報(bào)警燈設(shè)置 同樣將報(bào)警與流量變量建立連接。這樣我們就建立起報(bào)警畫面。 組態(tài)畫面的連接： 在登陸畫面中雙擊主畫面按鈕，在彈出的對話框中，選擇觸動(dòng)動(dòng)作中選擇窗口顯示，選擇主畫面，即畫面 DRAW1畫面，如圖 ： 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 34 圖 登陸畫面與主畫面連接 同理，我們對其它各畫面的按鈕進(jìn)行設(shè)置，這樣我們就建立起個(gè)畫的連接。分別如圖 、圖 、圖 圖 連接趨勢界面 圖 連接報(bào)警界面