模糊控制在水箱水位控制中的应用

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1、现代控制理论作业学院：数学与统计学院专业：信息与计算科学2班姓名：李欢学号：20092275模糊控制在水箱水位控制中的应用摘要：本文首先介绍了模糊控制的背景以及发展，然后介绍了模糊控制器的结构以及如何创建一个模糊控制器，在这个基础上介绍了matlab模糊逻辑工具箱的使用以及如何利用该软件构建水箱水位控制系统的仿真模型（PIS型），再利用模糊控制理论设计出一套水箱水位模糊控制器系统，然后应用该系统在matlab中进行水箱水位控制的模拟仿真，通过对水箱的控制实验,结果表明该系统是可行的,并且具有较好的开放性和灵活性，比传统的PID控制效果更加明显。关键词：模糊控制；matlab仿真；模糊控制器

2、系统；水位；一．背景介绍随着科学技术的迅速发展，对于很多事物我们都要求得更高，比如一个系统的自动化，智能化，人性化等等。并且各个领域对于自动控制系统的精度、响应速度、系统稳定性、自适应能力的要求也越来越高，所研究的系统也越来越复杂。然而，在许多情况下被控对象的精确数学模型很难建立。而在传统的模糊控制中，控制系统动态模式的精确与否严重影响了控制的好坏，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。那么也就是说当我们的系统动态信息越详细，我们控制得也就越精确，也就越能达到我们的目的。但是，对于一个很复杂的系

3、统来说，由于变量过多也就很难精确描述系统的状态，所以我们会想到简化系统动态来达到控制的目的，但是效果却不是那么尽如人意。那么传统的控制理论对于一些复杂的系统就显得太繁琐了，而且还不能达到我们想要的目的，因此我们就考虑用模糊数学的思维来处理这些控制问题。今年来模糊控制在很多的控制理论应用中都取得了明显的成果，模糊控制应用于控制系统的时候并不需要知道被控制对象的精确的数学模型，因此对于那些无法建立精确数学模型的系统我们就能达到精确控制的效果，与此同时又简化了系统的设计。模糊控制是以模糊数学作为理论基础，以人的控制经验作为控制的知识模型，以模糊集合、模糊语言变量以及模糊逻辑推理作为控制算法的一种

4、控制。它有以下几个特点：①模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则②比较容易建立语言控制规则③基于模型的控制算法及系统设计方法④模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的⑤模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱对于我们来说，在现在的大部分工业以及我们的日常生活中都涉及到水位的控制。但是采用数学工具或计算机仿真技术的传统控制理论已经无法解决此类系统的控制问题。并且在大部分情况下我们都不能得到关于水位控制的精确数学模型，基于上面所述，对于水位控制问题我们可以采用模糊控制来解决。模糊逻辑控制作为一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

5、智能控制领域的重要发展方向。模糊控制系统如图1所示，与通常的负反馈系统闭环控制系统相似，唯一不同之处是控制装置由模糊控制器代替。+被控制量控制量误差测量装置给定值模糊控制器控制对象——图1模糊控制系统二．模糊控制原理1974年，英国工程师Mamdani首先把模糊集合用于锅炉蒸汽机的控制上，这就标志着模糊控制的诞生。模糊控制器主要由模糊化接口、知识库、模糊推理机、解模糊接口四部分组成，各部分的作用概述如下：1、模糊化接口（Fuzzification）模糊化接口接受的输入只有误差信号，由再生成误差变化率，或误差的差分，模糊化接口主要完成以下两项功能：①论域变换②模糊化当用模糊控制器来代替人进行

6、模糊控制的时候，需要把观测值（通常是精确数字）转化为相应的模糊集合，这个转化就是模糊化。将输入值以适当的比例转换到论域的数值，利用口语化变量来描述测量物理量的过程，依适合的语言值（linguisitcvalue）求该值相对之隶属度，此口语化变量我们称之为模糊子集合（fuzzysubsets）2、知识库（KnowledgeBase）知识库中存贮着有关模糊控制器的一切知识，它们决定着模糊控制器的性能，是模糊控制器的核心。①数据库（DataBase）包括数据库（database）与规则库（rulebase）两部分，其中数据库是提供处理模糊数据之相关定义；而规则库则藉由一群语言控制规则描述控制目标

7、和策略。数据库中存贮着有关模糊化、模糊推理、解模糊的一切知识，包括模糊化中的论域变换方法、输入变量各模糊集合的隶属函数定义等，以及模糊推理算法、解模糊算法、输出变量各模糊集合的隶属度函数定义等。模仿人类下判断时的模糊概念，运用模糊逻辑和模糊推论法进行推论，而得到模糊控制讯号。此部分是模糊控制器的精髓所在。②规则库（RuleBase）模糊控制规则集，即以“if…then…”形式表示的模糊条件语句，通过一组模糊条件语句构成模