模糊神经在多容水箱液位控制中的应用研究

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1、模糊神经在多容水箱液位控制中的应用研究第1章绪论1.1课题研究的背景和意义上世纪90年后，自动化技术以不可遏制的势头飞速发展，取得了大量的科技成果，成为国家科技水平的标志之一。过程控制是自动化技术的一个重要分支，也得到快速的发展。在现在的国民生产中，过程控制技术在节约成本、降低能耗、环境保护、解放人力、提高产品质量等方面发挥着越来越重要的作用[1]。面对现代工业生产中复杂、多变的工作环境，及其多变量，强耦合，非线性，大惯性的特点，越来越多的专家学者投入到现代工业生产过程的研究与应用中。但是，由于生产过程的特性，经济效益，社会效益

2、等问题，先进的理论算法却没有很好地应用到实际中，只能局限在少数的高校与研究所中，不能为社会创造经济与社会效益。同时，由于先进的理论成果不能得到实践的验证，就反过来的制约了理论算法的研究。因为无法对工业生产过程直接进行试验研究，所以利用能够模拟生产过程典型特性的实验设备，能够加快理论成果应用到实际生产中的速度[2,3]。水箱液位控制系统作为典型的过程控制对象，不仅具有过程控制显著的多变量、强耦合、非线性、大惯性的特点，而且还在很多生产过程中都有体现，例如，污水处理厂的自动排水过程，化工厂的反应池的自动控制过程等都需要通过控制液位值

3、达到自动控制的效果。所以对水箱液位控制系统的研究对控制算法的理论研究及实践应用都有很大意义。模糊神经网络是模糊逻辑与神经网络的结合，是智能控制的一个重要分支。把模糊神经网络应用到水箱液位实验设备能够加快模糊神经网络应用到工业生产的步伐，能对模糊神经网络在工业生产中应用提供一定的实践经验。同时，把模糊神经网络与传统控制算法（如PID控制算法）结合也是模糊神经网络的一个重要的研究方向，有很多结合方式已经应用到生产实际中[4]。.......1.2国内外研究现状目前国内常见的水箱实验设备有浙江中控科教仪器设备有限公司CS系列的过程控制

4、实验设备和源峰科技公司与天煌科技公司开发的多容水箱过程控制装置等。这些水箱控制设备，主要是应用采用PLC、DDC模块对水箱的执行器进行直接控制，利用MCGS、组态王等监控软件监控设备运行状态，绘制实时曲线和历史曲线。这些水箱实验设备能够都能提供丰富的控制对象，而且智能模块的编程简单，易于操作，适合作为实验室装置，来验证先进的理论。在国外，加拿大quanser公司的耦合水箱实验平台可已让不同的水箱之进行任意的组合，可以做多种实验，而且直接把Matlab/Simulink与执行模块相连，直接在Matlab/Simulink中实现控制

5、器的设计，不用二次编程[5]；德国FESTO公司的用于做过程控制实验的二容水箱装置，能任意的组装拆卸，灵活多变[5]。多容水箱控制系统具有丰富实验对象、精密的检测结构、准确的执行机构以及完善的辅助系统的对象系统和先进的控制系统，它不仅可以做以液位、温度为被控对象的教学实验，还可以用来研究故障诊断和容错控制等科研项目。国内外有很多大学和实验室采用水箱控制系统作为科研设备，取得了很多显著的成果。国外，SacoR.等人对多容水箱的结构组成、模型建立、仿真分析做了详细的介绍。NouraHassan等人在进行容错控制研究时就是把水箱的液位

6、控制系统当成研究对象的[6]。TsudaK.等人研究混杂系统重组问题时也是以水箱液位控制系统为试验对象的。在国内，南京理工大学的孙瑜，运用利用混合逻辑动态系统控制理论，建立混合逻辑动态模型，即MLD模型，并完成了基于MLD模型的多容水箱的预测控制；北方工业大学的何迪，针对四容水箱的时滞、非线性、强耦合等特性，基于神经网络的广义预测控制的理论和NGPC算法的结构，设计了神经网络广义预测控制器，实现了对四容水箱较好的控制；北京科技大学的胡增嵘针对四容水箱的强耦合特性，根据前馈补偿的思想设计全解耦控制器矩阵，实现对四容水箱液位的有效控

7、制。..........第2章模糊神经网络2.1模糊控制模糊控制(FuzzyControl)是人们对模糊逻辑控制(FuzzyLogicControl)简称，是一门把模糊数学、模糊逻辑与自动控制结合起来的综合学科，在现代智能控制中拥有很重要的地位，是其重要分支之一。集合对拥有相同属性的、能够明确区分的事物的总称，而这些明确的事物叫做集合的元素或元。康托在他的集合论中认为，一事物与一集合是非黑即白的关系，不能有模糊的概念。但由于对同一概念的理解认知因人而异，对于很多事物也就不能给出准确的概念，是很模糊的。以身高为例，高、矮的概念就没

8、有同一的认知，不能用康托的集合论对模糊概念描述。在利用模糊控制时必须要知道变量的隶属度函数,能否准确的构造出隶属度函数是模糊控制应用好坏的重要因素。在确定隶属度函数时，常因为不同的人对同一集合有不同的理解，而不能准确的构造出来。模糊控制被认为是一种结合了有人类知