基于模糊控制的水箱液面控制系统的仿真研究

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1、基于模糊控制的水箱液面控制系统的仿真研究汪宝生广东工业大学广州2110901070摘要：基于水箱液而控制系统参数不确定性，提出一种改进的模型参考自适应PID模糊控制方法。该方法用模糊口适应PTD机构代替常规的PTD机构，并用模糊因子自调整律实吋调节PTD控制机构的比例Kp,提高了PTD的调整粹度，获得了更好的控制性能。仿真结果验证了其优越性。关键字：模糊控制；参考模型；P1D控制ResearchonFuzzyControlofwatertanklevelcontrolSystemAbstract：Sincetheuncertaintyofptirameterofwatert

2、anklevelcontrolsystem・allimprovedmodelreferenceadaptivefuzzycontrolwasproposed.ThesolutionusefuzzyadaptivemechanismPIDinsteadoftraditionaladaptivemechanism,andcandynamicallyadjusttherulesoffadaptivemechanismbyfuzzyfactorauto—adjusting・Ttimprovestheadjustingprecisionoffuzzyadaptivemechanism

3、,andobtainsbettercontrollingquality・Thesimulatingresultsdemonstratetheefectivenessofthisapproach・Keywords:fuzzycontrolreferencemodelPIDcontrol图1水箱水位自动控制原理图0前言在当今工业生产及生活实际中，维持供水水箱液血的高度恒定是一项常见的技术要求。在水箱液面系统的控制器设计时，由于一些重耍参数的不确定性，使得传统理论上所设计的控制器无法在实际中应用。解决这一问题的较好方法是采用自适应控制。但由于自适应控制需要辨识出对象精确的数学模型

4、，并且自适应机构一般较复杂，因而在工程应用中实时性受到一定的限制⑴。模糊控制是当前智能控制研究的热点之一，它具有结构简单，不依赖对彖的数学模型，并目•鲁棒性好的特点。在水箱液血系统的模型参考自适应控制(MRAC)自适应律设计中，用模糊自适应机构取代常规的自适应机构，设计出模型参考自适应模糊控制器(MRAFC),取得了较好的控制效果⑵o本文在MRAFC的模糊自适应机构中加入模糊因子自调整律，设计出一种新的MRAFC方法。它通过模糊因子自调整律实时改变模糊自适应机构的推理规则，使自适应机构具有较高调整精度，达到更好的控制效果。1系统模型建立如图1所示是水箱水位自动控制原理图。图

5、中水箱尺寸为:25*20*200(cm),液位控制系统由被控水箱1、被控水箱2、检测仪表组成。液位检测由仪表差压变送器LT、控制器LC、调节阀组成。图1水箱水位自动控制原理图0前言在当今工业生产及生活实际中，维持供水水箱液血的高度恒定是一项常见的技术要求。在水箱液面系统的控制器设计时，由于一些重耍参数的不确定性，使得传统理论上所设计的控制器无法在实际中应用。解决这一问题的较好方法是采用自适应控制。但由于自适应控制需要辨识出对象精确的数学模型，并且自适应机构一般较复杂，因而在工程应用中实时性受到一定的限制⑴。模糊控制是当前智能控制研究的热点之一，它具有结构简单，不依赖对彖的数

6、学模型，并目•鲁棒性好的特点。在水箱液血系统的模型参考自适应控制(MRAC)自适应律设计中，用模糊自适应机构取代常规的自适应机构，设计出模型参考自适应模糊控制器(MRAFC),取得了较好的控制效果⑵o本文在MRAFC的模糊自适应机构中加入模糊因子自调整律，设计出一种新的MRAFC方法。它通过模糊因子自调整律实时改变模糊自适应机构的推理规则，使自适应机构具有较高调整精度，达到更好的控制效果。1系统模型建立如图1所示是水箱水位自动控制原理图。图中水箱尺寸为:25*20*200(cm),液位控制系统由被控水箱1、被控水箱2、检测仪表组成。液位检测由仪表差压变送器LT、控制器LC、

7、调节阀组成。假设L为液位高度，出水流量Q2为输岀量,入水流量Q1为输入量，由物料平衡原理可得：Q1一Q2二A*dl/dt(2-1)式屮，A为水箱截面积。其增量式为：AQ1-AQ2=A*Adl/Adt(2-2)△Q2=△L/R(2-3)式中，R为液阻。可求出：A*△dl/dt+△L/R二△Q1(2-4)拉斯变换：A△sL(s)+L(s)/R=Ql(s)(2-5)L(s)/Q(s)=K/(TS+l)(2-6)2控制系统设计采用如图2所示的具有可调增益的模型参考自适应模糊控制结构。其中u为系统参考输入，Ym为参考模型输出