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液位控制系统综合实验研究1基于模糊控制的PID液位控制系统模糊P ID控制工作原理如图2,是在传统P ID控制器的基础上,附加上一个模糊控制器模糊控制器根据系统的实时状态调节P ID三个参数,来实现衡定液位控制模糊控制器由三个基本环节组成,即模糊化、模糊推理、清晰化;设计模糊控制器为两个输入三个输出,其中以误差e和误差变化率ec为输入,P ID制器k p,k i,k d参数调整量为输出1)模糊化在控制系统中,实际变量e《[一e,e]及e ce[-e c,e c],称为误差及误差变化率设误差e所取的模糊集合论域为£={—L,-L+1,…,0,…,L-1,L},L为将[0,e]范围内连续变化的误差进行离散化后形成的档数将[0,e]中的每一个值与E中档数相对应,每个误差值是论域E中的元素以实验数据为依据,确定误差及其变化率的范围都为[一6,6];将模糊器的两个输入e,e c以及三个输出Kp、K i和K d均映射为模糊论域内为负大,负中、负小、零、正小、正中、正大七个语言值,表示为{NB,NM,NS,Z0,P S,PM,P B}o2)模糊推理根据模糊推理的思路[5],实验建立模糊规则表,e和e c每个输入对应7个语言值,则K p、K i和K d每个输出所对应的模糊关系总数为R1〜R49,K p的模糊规则表见表1,K i和K d输出规则表与此类似[4]可将模糊推理看成是三个二维输入一维输出系统对于单个一维输出系统,总模糊关系R=R1U R2U-U R49,每个模糊关系为R=E XE CXU,U为模糊输出量应用模糊推理合成规则,输出语言变量论域上的模糊子集为=(EXEC)Ro3)清晰化模糊推理得到的结果是U一个模糊集合,但实际应用中,必须要用一个确定的值才能控制被控过程清晰化也就是解模糊的过程,清晰化计算所要完成的任务包括两部分一是将模糊的控制量经过解模糊变成表示在论域范围的清晰量;二是将表示在论域内的清晰量经尺度变换变成实际控制量清晰化的方法有最大隶属度法、中位数法和加权平均法模糊器正是根据以上的原理和方法,借助于计算机将模糊P ID控制器的系统偏差e和偏差变化率模糊化处理得到模糊量E和EC;再根据实际控制要求建立模糊控制规则R i;模糊推理得到输出K p、K i和Kd,并对其进行清晰化后输出给P ID控制器得到输出U i,最后将输出U i变成实际控制量实现控制目的2实验设计1)将计算机输出电压,即实验装置上“调节输出”端口数据送至变频器2和5端口,正极连2,负极连5;并将S TF与SD短接,旨在实现电机反转2)在计算机软件界面上设置响应输出采用周期为1s ec,波形显示周期为5s ec o3)在界面上,选择“模糊控制”作为控制规律,设定模糊精确化系数为2,液位控制的给定值为7Omm打开各模块电源开关使系统投入运行,系统运行直到系统进入近似稳定状态结果如图3所示4)选择“P ID控制”为实际控制规律,设各P ID参数K p、K i和K d,用试凑法完成参数整定,打开电源开关使系统投入运行,系统运行直到系统进入近似稳定状态,结果见图4对比响应曲线,单容水箱系统运行过程中模糊P ID控制器和数字P ID控制响应曲线基本相似,系统都可很快达到稳定并且稳定状态下稳态误差始终存在3结语模糊P ID控制借助于模糊理论实现P ID参数的自整定和优化,避免了人工P ID参数整定的繁琐工作,可以使P ID参数的整定结果达到最优浙江天煌科技实业有限公司生产的T HKGK-1型过程控制实验装置能完成一个单容水箱液位控制的模糊控制PID实验,实验结果证明模糊控制算法能够像人工整定的数字PID一样实现单容水箱液位的有效控制,但实际模糊控制是优于数字P ID控制的实验的缺点是由于单容水箱的被控对象比较简单,模糊控制的优越性不能够充分发挥,如果对于大滞后,非线性的复杂系统,模糊控制的优越性可以被充分体现[6〜10],后续实验可以进一步验证液位控制系统综合实验研究。