基于模糊算法的双容水箱液位控制系统设计.pdf

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1、文章编号：1009—9441(2011)08—0028—02基于模糊算法的双容水箱液位控制系统设计口口段宏伟(山西职业技术学院，山西太原030006)摘要：对双容水箱液位控制系统进行了数学建模，推导出相应的传递函数。通过模糊控制器的使用，完成了对双容水数。箱液位控制系统的设计。关键词：模糊控制系统；双容水箱；液位；模糊控制器；模糊算法；模糊决策中图分类号：TP273．4文献标识码：A引言液位控制在不同的应用环境中所要求的稳定性、快速性、鲁棒性是不同的，这就需要设计合理的控制器以自动调节液体流量，使被控液位保持在设定水平，从而保证生产过程的安全性、稳定性、可控性。传统的液

2、位控制一般使用指针式仪器、仪表显示液位值，在控制过程中多采用单回路反馈形式，这就使液位的控制精度与显示的直观性受到了限制。因此，本文探索将二级模糊控制系统应用于双容水箱的液位控制中，就如何提高液位的控制精度与显示的直观性进行阐述。1双容水箱液位控制系统数学模型的建立将双容水箱系统抽象理解为2个一阶惯性系统的串联，整个系统由上水箱、下水箱、蓄水箱、管道以及阀门组成，每个数据采集点安装专用的传感器采集数据。双容水箱的控制过程见图l。液位传感器图1双容水箱的控制原理群由双容水箱的控制过程推导出相应的传递函G㈤=器=丽蒜‰丽㈩T1=A1Rl(2)r2=A2R2(3)式中：．

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4、。——阀门的流量系数；A。，A：——分别为上、下水箱的横截面积；尺。，R：——液体的阻尼系数。2双容水箱的模糊控制系统设计2．1模糊控制系统的工作原理模糊控制系统的工作原理是：计算机通过数据采样，获取被控制量的精确值并将其模糊化，将此模糊量与给定值进行比较，得到偏差信号e与偏差变化量c。将偏差信号e与偏差变化量c作为模糊控制器的输人量，并用相应的模糊语言表示，从而得到偏差信号e与偏差变化量c的模糊子集。最后，依据模糊推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量。U=(e×c)·尺．(4)式中：P_差信号；P_差变化量；￡卜模糊控制量。2．2模糊控制器模糊控制器是模糊控制系

5、统的核心，其工作原理见图2。2．3模糊控制算法表根据专家的经验与知识制定出模糊控制规则，并进行模糊逻辑推理，得到模糊控制算法(见表1)。取得了良好的经济效益和社会效益。械设备工作。作者简介：刘文辉(1983一)，男，山西吕粱人，助理工程师，2007年7月毕业于中北大学工业工程专韭，现从事水泥机收稿日期：2011一06—22(嫡辑盛晋生)·28·Research＆ApplicationofBuildingMaterials

6、模獭控嗣器}dtI：．b=：：=嚣：：{一寰==：：=．麓=：=：：寰：——一Ie一偏差信号；r偏差变化缴；肛模糊系统偏差嫩；e一穰赣系绕绱差变纯黧；

7、移一横糊筏潮蟹；y—输氆瑟。Bt2模糊控翱糖工终攥理袭l模糊控制算法袭×一6—5—4—3—2一lOl23456—6742O一56420—47676742O一3632O—l一2454lO0～l—l454lO0—3—2一lO45lO一1—1一l—d一4—4l2eG—l一奄～毒一毒一4—3—42l一20—3—4—3—43O一3—3—64O0O一2—4惴7—7—6—7—6—75O一2—4—6_6—66O一2一五一4一，一7—72．4模糊决策从表l中查找输啦量y对应的模糊控制璧(，，乘以比铡透子，霹得到最终的输出控剿信号，再用这个信号控制电动阀的动作，就能达到控制双容水箱滚德的曩

8、的。2．5模糊控制结果与增量式PID控制结果的比较将模糊控制结果与增量式PID控制结果进行比较，见表2。由表2可以看出，模糊控制对单位阶跃响应具有速度快、无超调、稳定时间较短等优点。表2横糊控制器与璨量式PID控制器的性能比较延时最大超谰精度<5％的过控制器／尊／％渡过程时蝴／s模糊挖制O．5O1．2璞骧式PID控斜O。S342。43结语双容水辕液位控恻系统是较为典型鲍鼍#线性、延时系统。因此，对双容水箱液位进行模糊控制，具有攀要的珲论意义与液用价使。试验表明。模糊控制系统具有超调量小、达到稳态过程的时间短等优点，其性能明髭优于增量式PID控制系统。DesignofDo

9、uble—-Let—-WaterTankLiquidLevelControlSystemBasedonFuzzyLlgorithmicApproachDUANHong——wei(ShanxiVocationalTechnologyCollege，Taiyu跚，Shanxi，030006，China)Abstract：Thepresentpaperconductsmathematicalmodelingfordouble—let—watertankliquidlevelcontrolsystem，anddeducescorrespondin