非晶制带钢水液位的模糊控制

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液位模糊控制系统的设计【毕业作品】

BI YE SHE JI（20 届）液位模糊控制系统的设计所在学院专业班级自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月-II-摘要液位控制系统广泛存在于各个领域，是工业过程控制中的典型控制之一，液位控制早期运用PID控制方法实现。

常规的PID控制器具有无静态误差、高可靠行、算法简单等优点。

它的设计核心是整定参数，对于确定性的被控对象通过设定合适的PID控制器的三个参数，可以获得比较理想的控制效果。

但由于实际控制系统具有时变性、多变量、大滞后等特点，且在控制过程中会受到各种干扰因素的影响，要建立精确的数学模型很困难，也就不能达到预期效果。

近些年来，在很多控制过程中模糊控制都取得了成功，模糊控制器具有不依赖被控对象数学模型，适应性强的优点，在许多无法建立精确数学模型的复杂系统中表现出了其优越性，不仅获得了较好的控制效果，而且又能简化系统的设计。

因此，模糊控制在水箱液位控制系统中就成为较好的选择。

本文利用模糊控制理论设计一水箱水位模糊控制器，具体给出了系统设计方案。

首先详细的介绍了模糊控制的基本原理及模糊控制器的相关知识，其次讲述了对系统进行模糊控制的具体设计内容，在此基础上提出对水箱水位进行模糊控制的方案。

最后，充分利用MATLAB的模糊逻辑工具箱和Simulink相结合的功能得到实际液位跟踪给定液位的曲线，仿真结果证实水箱液位模糊控制系统能够获得良好的控制效果。

关键词：液位控制；模糊控制；MATLAB；SimulinkAbstract-II-Liquid level control system exists in each field extensively and is one of the typical control in industrial process control, the liquid level control most used PID control method in the early days. Conventional PID controller has lots of strong points, for instance, it has no static error, its algorithm is simple and it is reliable. The heart of its design is setting parameters; the certainty object can achieve satisfactory control effects through proper setting three parameters of PID. But the practical control systems have the characteristics of time-dependence, nonlinear, large lag and they will be influenced by various kinds of interference factors, so it is difficult to set up accurate mathematics model, then it is not possible to achieve the desired results.In the recent years, fuzzy control has achieved success in many control process. Fuzzy controller has outstanding merits that do not rely on mathematics model of object and whose adapting ability is strong, it shows its superiority in many complex systems which have no accurate mathematics model. It not only wins the better control results, but also can reduce system design. Therefore, control fuzzily become better choice on water tank level control system. This text designs a water tank level fuzzy control system according to the fuzzy control theory and puts forward a design scheme specifically. Firstly, it introduces the fuzzy control theory and the related knowledge of the fuzzy controller. Then, it describes the detailed design things for the system design, and proposes a fuzzy control scheme for the liquid level of the water tank on this basis. At last, the system has also fully utilized the function that the fuzzy logic toolbox of MATLAB combines with SIMULINK, and obtains the curve of the actual level tracking the desired level. Simulation results show that the water tank fuzzy control system can possess good control performance.Keywords: liquid level control; fuzzy control; MATLAB; Simulink-II--IV-目录摘要..............................................................Ⅰ Abstract..........................................................Ⅱ 目录.. (Ⅲ)第一章引言 (1)1.1 模糊控制的研究背景和现状 (1)1.1.1 研究背景 (1)1.1.2 研究现状 (1)1.2 课题来源及研究的意义 (2)1.3 本课题的研究内容及任务 (3)第二章模糊控制系统 (4)2.1 模糊控制的原理 (4)2.2 模糊控制器的组成 (4)2.2.1 模糊化 (5)2.2.2 数据库 (7)2.2.3 规则库 (8)2.2.4 推理机 (8)2.2.5 反模糊化 (8)2.3 模糊控制器的结构 (9)第三章模糊控制器及模糊控制系统设计 (11)3.1 常规模糊控制器设计 (11)3.2 模糊控制器的输出形式 (13)3.2.1 位置式输出 (13)3.2.2 增量式输出 (14)3.3 模糊控制器参数与系统控制性能 (15)3.3.1 模糊控制器输入、输出变量的论域 (15)3.3.2 模糊控制器输入比例因子e K 及c K 的影响 (16)第四章液位模糊控制系统的设计及仿真 (19)4.1 确定控制方案 (19)4.2 液位模糊控制系统的设计 (19)4.2.1 确定模糊控制器的结构 (19)4.2.2 定义输入、输出模糊集及其论域 (19)4.2.3 定义隶属函数 (19)4.2.4 建立模糊控制表 (21)4.2.5 模糊推理 (22)4.2.6 反模糊化 (22)4.3 模糊控制系统仿真 (22)4.3.1 系统仿真模型的建立 (22)4.3.2 水箱液位模糊推理系统（FIS）的建立 (22)4.3.3 对Simulink模型控制系统的构建 (25)4.3.4 对系统进行Simulink模型仿真 (27)结论 (31)参考文献 (32)致谢 (33)-IV-第一章引言1.1模糊控制的研究背景和现状1.1.1 研究背景控制技术被广泛地应用在各种工业技术领域里，成为现代高新技术的重要手段之一。

结晶器液位模糊控制系统的优化设计与仿真

维普资讯
结晶器液位模糊控制系统的优化设计与仿真
李明伟。等
结晶器液位模糊控制系统的优化设计与仿真
ＯｐｉｕＤｅｉｎａｄＳｉｕａｉｎｏｕｚｏｄＬｖｌｔｍｍｓｇｎｍｌｔｆＦｚｙＭｌｅｅｏＣｏｎｒｌｙｔｍｔｏｓｅＳ
程，最后利用ＭＴＡＡＬＢ软件进行了仿真实验。结果表明，优化模糊控制的引入有效地克服了系统的扰动，提高了系统的控制性能。
关键词调整
仿真
中图分类号：ＴＥ３Ｉ７
文献标志码：Ａ
ＡｂｔａｔＴｅｐｏｅｓｏｌｅｅｏｔｏｅｏｓｖｒｏｌａｅｅａｓｆｔｅｎｎｉｅｒｃａａｔｒｓｉｓｏｉａｉｇａｄｌｇＴｏａｓｒｃ：ｈｒｃｓｆｍｏｄｌｖｌｃｎｒｌｂｃｍｅｅｙｃｍｐｉｔｄｂｃｕｅｏｈｏｌｎａｈｒｃｅｉｔｆｔｃｃｍｅｖｒｎｎａ． — ｙｇｉｓｈｒｂｅｘｓｉｇｉｅｃｎｅｔｏａＤｏｔｌａｄｆｚｙｃｎｒｌｎｏｔｍｕｚｏｔｏｃｅｓｐｅｅｔｄｔｍｐｖｈｏａｎｔｔｅｐｏｌｍｓｅｉｔｎｔｏｖｎｉｎｌＰＩｃｎｒｎｕｚｏｔｏ，ａｐｉｎｈｏｍｕｆｚｙｃｎｒｌｈｍｅｉｒｓｎｅｏｉｒｅｔｅｃｎ— ｓｏ
液位传感器
是实现连铸设备自动化的关键环节，它对保证连铸机
的安全、可靠运行，善铸坯的质量，改提高铸机的生产率以及改善操作条件等都是一个很重要的环节。

采用模糊逻辑的同位素结晶器钢水液位计

第29卷　第4期核电子学与探测技术Vol.29　No.4 2009年　7月Nuclear Elect ronics &Detection TechnologyJ ul.　2009 采用模糊逻辑的同位素结晶器钢水液位计唐耀庚,高　嵩,欧阳惠斌,李兰君(南华大学电气工程学院湖南,衡阳421001) 摘要:为了减少统计误差,要求同位素结晶器钢水液位计在测量中采用较长的测量时间。

然而,当钢水液位变化较快时,会导致液位计响应慢,测量动态误差大。

论文将模糊逻辑应用于同位素结晶器钢水液位计,根据钢水液位变化自动调整测量时间。

仿真结果表明该方法使液位计的动态性能和统计精度都得到了改善。

关键词:钢水液位;测量时间;模糊逻辑;自适应中图分类号:　TP274 文献标识码:　A 文章编号:　025820934(2009)0420902204收稿日期:2007205223作者简介:唐耀庚(1949-),男,湖南衡阳人,南华大学教授,主要从事智能信息处理和智能测控技术研究。

结晶器钢水液位波动不但直接影响铸坯质量(如夹渣、裂纹等)和效率,而且可能导致浇铸过程中的溢钢甚至漏钢事故。

钢水液位检测对结晶器液位控制起着十分重要的作用。

结晶器内钢水温度高,环境条件恶劣,同位素在线检测一直是测量结晶器钢水液位的重要方法[1]。

应用新的理论与技术,不断改进和提高同位素结晶器钢水液位测量性能,才能适应连铸生产技术发展的需要,也是发展同位素工业测量技术的重要方面。

1　同位素结晶器钢水液位计测量特性同位素结晶器钢水液位计采用透射式测量方式,测量原理如图1所示。

Gamma 射线源发出的Gamma 射线穿过结晶器后,被核辐射探测器接收并转换成电脉冲信号,送到计数器进行计数测量。

探测器接收的射线强度随结晶器内钢水液面高度而变化,根据监测出的射线强度变化,就可求得钢水图1　同位素结晶器钢水液位计原理液位。

对探测器输出的脉冲,采用数字计数器定时计数的方法(早期仪表中有的采用模拟积分电路),测出计数率,获得射线强度。

PID模糊镇定算法在液位控制系统中的应用

第22卷第3期宁波大学学报（理工版）V ol.22 No.3 2009年9月 JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY ( NSEE )Sept. 2009文章编号:1001-5132（2009）03-0309-04PID 模糊镇定算法在液位控制系统中的应用俞海珍1, 张维山2，史旭华1（1.宁波大学信息科学与工程学院, 浙江宁波 315211; 2.台州学院物理与电子工程学院，浙江台州 318000）摘要: 鉴于液位过程控制系统是时变、非线性、多干扰的复杂系统, 因此通过对过程控制装置中双水箱液位系统的分析, 建立相应控制策略, 提出采用PID 模糊镇定算法, 并基于MATLAB 仿真和MCGS 组态软件进行相关应用实现. 仿真和应用实现效果均表明: 采用模糊PID 控制的下水箱液位较常规PID 控制具有响应速度快, 且能较快地达到稳定, 从而改善系统的性能. 关键词: PID 控制; 模糊PID 控制; MCGS 中图分类号: TP301.6文献标识码: A液位控制是工业生产中经常遇到的控制对象, 由于液体本身属性及控制机构磨擦、噪声等的影响, 控制对象具有一定纯滞后和容量滞后的特点, 液位上升过程缓慢, 呈现非线性. 因此, 液位控制装置的可靠性与控制方案的准确性是影响整个系统性能的关键. 用常规PID 控制器进行控制时, 其效果并不理想, 系统响应的调节时间也较长.由于模糊PID 控制器既具有模糊控制灵活、适应性强的优点, 又具有常规PID 控制精度高的特点, 在工业控制中已得到广泛的应用. 因此为克服常规PID 控制的不足, 在常规PID 基础上加上1个模糊调节环节, 将其与常规PID 控制结合起来, 构成模糊PID 控制, 在线对PID 3个参数进行整定.笔者以控制系统的MATLAB 仿真为前提[1], 研究模糊PID 控制效果, 并基于过程控制实验系统的双水箱液位系统, 采用MCGS 组态软件实现, 在计算机控制系统上对模糊PID 算法进行应用研究.1 过程控制系统分析和控制策略[2]AE2000A 双容水箱实验对象检测及执行装置如图1所示. 利用水泵将储水槽中的水输出, 通过收稿日期: 2009-01-14. 宁波大学学报（理工版）网址: 基金项目: 浙江省自然科学基金（Y407172）; 宁波市自然科学基金（2008A610025）.第一作者: 俞海珍（1975－）, 女, 浙江象山人, 硕士/实验师, 主要研究方向: 智能控制. E-mail: yuhaizhen@图1 双容水箱实验对象检测及执行装置310 宁波大学学报（理工版） 2009电动调节阀调节上水箱进水流量, 采用双闭环串级控制上、下水箱的液位, 使下水箱液位保持恒定, 液位变送器对上、下水箱液位进行实时测量. 并使用串接控制可改善其调节过程动态性能, 并且其副回路可以较快地消除作用于内回路的扰动.本系统以下水箱液位为主调节参数, 上、水箱液位为副调节参数, 构成串级控制系统. 当压力传感器检测的液位信号与给定液位值进行比较后, 则输入模糊PID 控制器, 其输出作为比例积分调节器的给定值, 当与上水箱液位传感器检测到的液位信号比较后, 再送入比例积分调节器, 其输出则可控制电动调节阀的开度, 调节进水流量, 实现水箱液位的控制.2 模糊PID 控制器的设计2.1 模糊PID 控制器模糊PID 控制器是以常规PID 为基础, 采用模糊推理思想, 根据不同的偏差e 和偏差变化率ec 对PID 参数进行在线自整定, 控制器由2部分组成: 常规PID 控制部分和模糊推理的参数校正部分. 模糊PID 控制器的结构如图2所示.基于过程控制实验系统, 采用双容水箱液位作为被控对象, 主调节器采用模糊PID 控制, 副调节器采用比例积分调节器的串级控制系统对水箱液位进行控制. 以偏差e 和偏差变化率ec 作为模糊PID 控制器的输入量, ,,P I D K K K ΔΔΔ为输出量在线调整PID 参数. 12345,,,,K K K K K 为比例因子.模糊PID 控制器调整PID 参数计算[1]公式如下:P PP K K K ′=+Δ, I I I K K K ′=+Δ, (1)D DD K K K ′=+Δ, 其中, ,,P I D K K K ′′′为初始设定的PID 参数; ,P K Δ ,I D K K ΔΔ为模糊控制器的3个输出, 可以根据被控对象的状态自动调整PID 的3个控制参数的值.2.2 模糊控制的输入、输出变量及其语言描述偏差e 和偏差变化率ec 为控制器输入量, 偏差sample()set n e H H =−. 其中, sample()n H 为t nT +时刻采样获得的液位值; set H 为用户设定的液位值[3]. 模糊PID 控制器中, 偏差e 变化范围为[38,− 38], 偏差变化率ec 变化范围为[0.4,0.4]−. 将偏差e 和偏差变化率ec 模糊化为E 和EC . E 和EC 的模糊论域均为{2,1,0,1,2}−−, 其模糊子集均为{,,NB NS,,}Z PS PB . ,,P I D K K K ΔΔΔ的模糊论域取为{4,−图2 模糊自适应PID 控制结构图3 输入e , ec 的隶属度函数图4 输出∆K P , ∆K I , ∆K D 隶属度函数第3期俞海珍, 等: PID模糊镇定算法在液位控制系统中的应用 3113,2,1,0,1,2,3,4}−−−, 其模糊子集均为{,,NB NS ,,}Z PS PB, 子集中元素分别代表负大、负小、零、负小、负大. 隶属度函数形状均采用三角形, 函数关系如图3及图4所示.2.3模糊控制规则[4]模糊控制器的核心是“IF…THEN”形式的模糊控制规则, 控制规则的选取直接关系到系统控制性能的优劣, 是设计的关键. PID控制中的,,P IK K DK具有以下特点:(1) 比例增益PK增大, 可加快响应速度, 减小系统稳态误差, 提高控制精度, 但是过大会使系统产生超调, 甚至导致不稳定.(2) 积分作用主要是消除系统静态误差. 加强积分作用, 有利于减小系统静差, 但是IK过大, 会加大超调, 甚至引起振荡;(3) 微分作用可以改善动态性能. 增大微分增益DK, 有利于加快系统响应, 使系统超调量减小, 稳定性增加; 但其对扰动敏感, 抑制了外扰能力减弱. 若DK过大, 会使调节过程出现超调减速, 调节时间增长; 反之, 若DK过小, 系统响应变慢, 稳定性变差.根据上述分析并同时考虑到3个参数之间的相互影响, 因此建立了表1的控制规则表.表1 ΔK P/ΔK I/ΔK D的模糊规则表NB NS Z PS PB NB PB/NB/PS PB/NB/NS PS/NS/NS PS/NS/NS Z/Z/PSNS PB/NB/Z PS/NS/Z PS/NS/Z Z/Z/Z NS/PS/ZZ PS/NS/Z PS/NS/Z Z/Z/Z NS/PS/Z NS/PS/ZPS PS/NS/Z Z/Z/Z NS/PS/Z NS/PS/Z NB/PB/ZPB Z/Z/PB NS/PS/PS NS/PS/PS NB/PB/PS NB/PB/PB 3试验结果及分析[5-7]本系统基于浙大中控公司AE2000A过程控制综合实验装置, 采用双容液位为被控对象, 液位测量采用扩散硅压力液位传感器, 由ICP-7017模拟量输入模块传入计算机, 调用模糊PID控制策略对液位的设定值、实际测量值之间的误差及其变化率进行计算分析, 并根据模糊控制算法整定PID参数. 将处理后的数据通过ICP-7024模拟量输出模块向电动调节阀发出4~20mA控制信号, 改变阀门开度来控制进水量, 从而达到对液位实时监控. 上位机监控软件采用MCGS工控组态软件. 分别用常规PID控制算法与模糊自适应PID控制算法进行试验, 根据理论分析和工程经验, 经过多次试验,最后进行调整与完善, 其中PID参数分别为PK′=10,0.0424,0I DK K′′==; 模糊自适应PID控制器比例因子123450.4,15,0.05,0.03,0.05K K K K K=====. 得到下水箱液位阶跃响应曲线如图5所示.(a) 常规PID算法(b) 模糊自适应PID控制算法图5 下水箱液位阶跃响应曲线(虚线为设定值、实线为测量值)表2 2种算法控制性能指标比较超调量/%上升时间/s 调节时间/s常规PID控制10 290 500 模糊自适应PID控制3.75 212 320312 宁波大学学报（理工版） 2009根据图5, 求取的控制性能指标见表2.由表2可知, 采用模糊自适应PID控制比常规PID控制各项指标均有提高, 上升时间减小26.9%, 调节时间减小36%, 超调量减小62.5%. 因此, 采用模糊自适应PID控制下水箱液位阶跃响应速度加快, 系统能较快地达到稳态, 且超量量减小, 较大地改善了系统的动态性能, 体现出模糊自适应PID控制具有良好的适应能力和优良的控制效果.参考文献:[1]刘金琨. 先进PID控制及其MATLAB仿真[M]. 北京:电子工业出版社, 2003. [2]金以慧. 过程控制[M]. 北京: 清华大学出版社, 2003.[3]李兵, 方敏, 汪洪波. 模糊PID液位控制系统的设计与实现[J]. 合肥工业大学学报, 2006, 29(11):1370-1374.[4]杨咏梅, 陈宁. 基于MATLAB的模糊自整定PID参数控制器的设计与仿真[J]. 微计算机信息, 2005, 12(1): 61-63.[5]孙亚灿, 吴兴华. 模糊自适应PID算法在MCGS中的实现[J]. 控制工程, 2007, 14(2):157-160.[6]杨大勇, 李鸣. 模糊PID控制在过程控制装置上的应用[J]. 控制系统, 2007, 23(10):20-22.[7]曹光明, 吴迪, 张殿华. 基于模糊自适应PID的铸轧机结晶器液位控制系统[J]. 控制与决策, 2007, 22(4):399- 407.Study on Fuzzy Self-tuning PID Control on Water Level Control SystemYU Hai-zhen1, ZHANG Wei-shan2, SHI Xu-hua1( 1.Faculty of Information Science and Technology, Ningbo University, Ningbo 315211, China;2.College of Physics and Electronic Engineering ,Taizhou University, Taizhou 318000, China )Abstract: The water level system of double tanks is analyzed as a time-variant, non-linear and multi-disturbance complex system. In this work, the control model is constructed and fuzzy self-tuning PID control is presented. Simulation results using MATLAB and MCGS software show that the water level controlled by the Fuzzy self-tuning PID controller can response fast and reach the stable state as quickly as that controlled by the conventional PID controller.Key words: PID control; fuzzy self-tuning PID; MCGSCLC number: TP301.6 Document code: A（责任编辑章践立）。

【毕业论文】模糊PID控制技术在双容水箱液位控制中的应用与研究

摘要双容水箱液位控制系统具有过程控制中动态过程的一般特点:大惯性、大时延、非线性，难以对其进行精确的控制，从而使其成为过程控制教学、试验和研究的理想实验平台。

因此，双容水箱液位控制系统在耦合非线性系统的监控和故障诊断算法的研究中得到了广泛的关注。

本课题首先分析了双容水箱液位控制系统工艺流程，在MPCE-1000实验系统上模拟双容水箱系统的基础上推导双容水箱的数学模型并在Simulink上进行仿真。

由于双容水箱是一个典型的非线性时变多变量耦合系统，用常规的控制手段很难实现理想的控制效果。

因此，引入模糊控制技术,将模糊控制与传统的PID控制结合，设计出模糊PID控制器，并进行Simulink仿真。

仿真结果表明，模糊PID控制器的控制效果比常规PID控制器的控制效果理想。

关键词:双容水箱，模糊PID，液位控制AbstractTwo-capacity water tank level control system is in the process control dynamic process of the general characteristics: large inertia, the time delay, non-linear, not their precise control, thereby making it a teaching process control, testing and research of the ideal experimental plat form . Therefore, the dual-capacity water tank level control system in the coupled non-linear system monitoring and fault diagnosis method in the study received widespread attention.The first issue of a dual-capacity water tank level control system and its mathematical modeling process.In experiments on MPCE-1000the basis of dual-capacity water tanks derived a mathematical model and simulation in Simulink on.Because of the capacity of water tanks is a typical multi-variable nonlinear time-varying coupling system,using conventional means of control difficult to achieve the desired effect of control.Therefore,the introduction of fuzzy control technology,fuzzy control with the traditional combination of PID control,designed fuzzy PID controller,and Simulink simulation.Key words：Two-capacity water tanks, fuzzy PID, Level Control第一章前言 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.1.1 选题背景 (1)1.1.2 研究意义 (2)1.2 本文的主要研究内容 (3)第二章模糊PID控制与MPCE1000试验系统简介 (4)2.1 改善模糊控制系统的稳态性能 (4)2.1.1 FuzzyPID混合控制器 (4)2.1.2比例模糊PI控制器 (5)2.2 MPCE1000试验系统 (6)2.2.1 小型流程设备台 (6)2.2.2动态数字模型 (6)2.2.3 硬件自动测试 (6)第三章模糊控制理论基础 (7)3.1 双容水箱液位控制系统的数学建模 (7)3.2 模糊自动控制的基本思想 (8)3.3 模糊控制特点 (10)3.4 模糊控制系统的组成 (11)3.5 模糊控制系统的设计 (12)3.5.1模糊控制器的设计原则 (12)3.5.2 模糊控制器的常规设计方法 (13)3.5.3模糊控制器组成 (14)3.6 模糊控制与PID 算法的结合 (16)第四章双容水箱液位控制系统的仿真研究 (19)4.1 MATLAB 简介 (19)4.1.1 模糊逻辑工具箱 (19)4.1.2 SIMULINK 工具箱 (19)4.1.3 MATLAB 在模糊控制仿真中的应用 (19)4.2 模糊PID 双容水箱液位控制的仿真 (20)4.2.1 模糊控制器的simulink 仿真 (20)4.2.2 双容水箱液位控制的模糊PID 仿真 (33)4.3 对比与结论 (33)第五章结论与展望 (35)5.1 研究工作总结 (35)5.2 展望 (35)参考文献 (37)致谢 (38)第一章前言1.1 研究背景及意义1.1.1 选题背景双容水箱液位的控制作为过程控制的典型代表是众多过程控制学者研究的热点之一。

模糊控制在液位控制器中的应用

摘
一
要：在模糊控制原理的基础上设计出模糊控制器，利用模糊推理的方法实现了对液位系统的控制，本文详细介绍了模糊控
制器设计思路和步骤。并在ＭＡＬＴＡＢ仿真软件上进行仿真研究，结果表明，糊控制能使液位控制系统的控制效果大大提高，模对进
步的研究应用提供了一定的参考价值。
ＭＥＮＧ — ｎｇ，ＢＡ — ｅＬＩＬｉｆｇＺｈｉｇａＬｉｄｎｇ，Ｕ —ａ２ｎ
（．ｏｔｅｆｅｃｉｌｎｉｅｉ，ｉｉｇＵｉｒｉ，３０７２ｏｌｅｆｉｏｍｔｎＥｇｎｅｉ，ａｕｎＵｉｒｉＴｃｎｌｙＴｉａ０２，ｈａ１ＣｌｇｌｔｃｇｎｒｇＸｎａｎｖｓｙ８０４；．ｌｇｎｒａｉｎｉｅｒｇＴ＆ａｎｅｓｙｏｅｈｏｏ，ａｕｎ００４Ｃｉ）ｅｏｅｒａｅｅｎｊｎｅｔＣｅｏｆｏｎｖｔｆｇｙ３ｎ
输出的误差ｅ和误差变化率 △ｅ作为输入，这是最典型的模糊
控制器，文采用这种方式，图１示。本如所
制算法，模糊控制、经网络控制和自适应控制等。模糊控如神
制由于不需要建立被控对象数学模型，只需要根据控制规则表来决定控制量的大小。因此采用模糊控制技术设计液位控制
［ｂｔａｔＯｅｂｓｆｕｚｏｔｌｈｏｙａｆｚｙｃｎｒｌｒｉｄｓｎｄａｄｕｉｇｔｅｆｚｙｒａｏｉｇｍｅｈｄｔｅｌｕｄＡｓｃ］ｎｔａｉｏｚｙｃｎｒｅｒ，ｚｏｔｌｅｉｅｎｓｚｓｎｎｔｏ，ｈｑｉｒｈｓｆｏｔｕｏｅｓｇｎｈｕｅｉ

模糊pid在液位控制系统中的应用研究

液位控制系统往往存在状态时变、非线性和滞后等诸多不确定性因素，采用传统的PID控制策略已不能满足性能要求。

本文将模糊PID控制应用在双容水箱液位控制中，首先建立双容水箱数学模型，设计了模糊PID控制器并混沌优化生成模糊规则。

在Matlab/ Simulink环境下建立双容水箱控制的仿真模型，对模糊PID控制系统进行仿真研究；最后利用MCGS组态软件设计了系统组态并在天煌THFCS-1A型过控综合自动化控制实验系统上进行了实验。

通过仿真和实验，证明该控制方法优于常规PID，此结果对于过程控制的理论研究和工程应用具有较好的参考价值。

在人们生活以及工业生产等诸多领域常常会涉及到液位及流量的控制问题，需要设计出合适的控制器来自动调整液位及流量，使得液位满足要求。

各种实际生产中的液位控制问题，我们将其简化为某种水箱的液位控制问题。

这种问题具有非线性及滞后特性等等，常规PID控制效果不好，鉴于模糊控制特性，许多学者将模糊控制和PID控制结合应用在液位控制上，将模糊PID应用在AE2000A过控实验装置中，但是模糊调节PID的规则不一定是最优规则；仅对单容水箱进行了研究；将模糊PID应用在THJ-2、THJ-2液位控制系统中；还有很多学者对此类问题进行过相应研究与应用，有优点也有缺陷。

本文通过优化模糊自整定PID得到最优规则，并且仿真验证，通过天煌THFCS-1A型过控综合自动化控制实验系统验证了模糊PID控制器在液位控制系统中的应用，当模型参数变化或受到扰动时，系统具有良好鲁棒性。

1 双容水箱液位控制系统及建模双容液位控制系统是基于THFCS-1A型过控综合自动化控制的实验系统。

该系统最终是控制下水箱的液位，用随机流入水箱中的水作为干扰源，超过警戒水位；同时水位不能低于设定值。

液位控制系统的结构图如图1所示。

控制系统有控制器、电动调节阀、上水箱、下水箱和液位变送器模块。

电动调节阀调节上水箱的进水量，液位变送器检测上水箱和下水箱中的液位。

兼备模糊控制与PID调节的单片机液位控制系统

兼备模糊控制与P I D 调节的单片机液位控制系统武汉空军雷达学院(430010)　郭云林　黄子俊　李　群　苏　力　高忆祖摘　要:介绍一种液位控制系统。

该系统硬件采用80C 198单片机系统和相应的接口电路,软件包含P I D 控制程序和模糊控制程序供用户选用。

关键词:模糊控制　P I D 调节在开采出来的原油中,伴有大量的水分和气体。

三相分离器就是将原油中的油、水、气进行分离的设备。

分离器中的液体必须控制在适当高度,液位过高,影响气体分离,甚至堵塞出气管道,造成事故;液位过低,则导致出油管道跑气,不能有效回收燃气。

由于三相分离器直接接收来自多个油井的原油,进液量通常波动较大,故液位很难用人工控制。

为此,我们设计了一套单片机液位自动控制系统。

该系统控制方式灵活,控制方式、控制参数均可通过面板键盘现场设定与修改;功能完善,不仅能实时控制,还能实时检测和显示各种参数,并能与上位机通信。

系统实际实现的性能指标为:液位、阀位显示:　4位L ED 数码管显示精度:015%FS 自动控制方式:模糊控制数字P I D 调节任选操作方式:自动软手动硬手动,相互切换无平衡、无扰动1　系统工作原理及控制器硬件组成本系统由差压式液位变送器、单片机控制器和电动阀三部分组成。

控制器采集液位变送器送来的液位信号,根据液位采样值与给定值的差值进行模糊逻辑运算或P I D 运算后,去控制电动阀,以保持液位在给定的高度。

图1单片机控制器硬件结构图模拟量I V 转换电路低通滤波电路键盘7个状态指示灯8位LE D 译码驱动电路lnter 8279EPRO M 27256RAM 6264EEPRO M 2864RS 2232接口硬手动开关声音报警阀增开关阀减开关电动执行器电驱动动执行接器口lnter80c198控制器硬件采用Inter 80C 198单片机系统,其结构框图如图1所示。

硬件电路有如下特点:(1)采用Ineter 8279键盘显示接口芯片,使人机对话功能更完善。

基于微粒群算法的钢水液位模糊控制器的设计

。
一
微粒群优化算法调整因子的模糊控制器来实现系统
的自动控制
１钢水液位控制系统的组成
钢水液位控制系统的控制原理如图１所示。主要由塞棒位置检测、棒控制器和控制塞棒位置的塞电机伺服系统组成。由液位监视器测得的塞棒位置
ＡｂｔａｔＴｉａｅｒｓｎｓｔｅｄｓｇｆｚｙｔｐｉｕｄｓｅｌｅｅｏｔｌｒａｅｎＰＯａ — ｓｒｃ：ｈｓｐｐｒｐｅｅｔｈｅｉｎｏｆｚｅｌｉｔｅｖｌｎｒｌｓｄｏＳｌａｕｙｑｌｃｏｅｂ
ｇｒｔｍｏｉｒｖｔｅｆｒｎｅａａｎｔｉｏｌｎａｔｎｉａａｉｎｓｗｅｌａｙｔｒｓｓｉ — ｏｉｈｔｍｐｏｅｉｐｒｏｍａｃｇｉｓｔｎｎｉｅｒｙａｄｔｍｅｖｒｔｏｓａｌｓｈｓｅｅｉ．Ｓｍｕｓｓｉｉ
ＴｈｅｄｅｉｎｏｕｚｙｅｌｉｔｅｅｅｏｒｌｅｓｄｏｓｇｆａｆｚｙｔｐｉｄｓｅｌｌｖｌｃｎｔｏｌｒｂａｅｎＰＳｏｌｏｉｈｑｕａｇｒｔｍ
ＷＡＮＸａＨＡＯｎｙｎ，ＭＡＸｉｎｍｉＧｉ，ＺＹａ —ｕａ－ｎ
的塞棒位置来实现，是钢水液位控制系统是个比但较复杂的非线性、时变的大滞后系统，很难确定精确的数学模型，采用经典的ＰＤ控制方法很难获得良Ｉ

模糊控制

慢)
快）
none(无) negative(偏
高) zero(正好)
positive（偏低）
closefast(快关)
nochange(不变)
openfast(快开)
openslow(慢开)
closeslow(慢关)
（4）模糊逻辑推理按表3选择模糊逻辑推理算法，并利用5种清晰化算法，分别求出模糊控制器在level=0.3和 rate=0.08时的输出。
positive(偏低)
negative(偏慢)
zero(正好)
positive(偏快)
closefast(快关)
closeslow(慢关)
nochange(不变)
openslow(慢开)
openfast(快开)
高斯型 [0.3 0] [0.3 1]
[0.03 -0.1]
[0.03 0] [0.03 0.1]
3、选做：改变模糊集合的隶属函数类型、模糊规则数目、清晰化算法
等，分析对控制效果的影响。参见P211~ P217
属函数及拐点的参数见表1。表1 覆盖输入输出变量的模糊子集设定值
变量名称变量模糊覆盖的模糊模糊子集模糊子集拐
论域
子集名称
类型
点的参数
液位 level
negative(偏 [-1 1] 高)
[0.3 -1]
液位变化率 rate
阀门开度 )
嵌入上面设计好的模糊控制器，仿真运行，分析结果。
面积中心法
图1 水箱模糊控制系统模型
面积平分法
最大隶属度法（平均值法）
最大隶属度法（最大值法）
最大隶属度法（最小值法）

基于PLC的消防水罐液位模糊控制系统

根据实际控制要求, 该模糊控制器液位测量值与给定值的偏差 E 的语言变量值取( 负大, 负中, 负小, 零, 正小, 正中, 正大) , 偏差的变化率 EC 及阀门开度增量 $U 的语言变量值取( 负大, 负中, 负小, 零, 正小, 正中, 正大 ) , 量化等级都取 { - 6, - 5, - 4, - 3, - 2, - 1, 0, + 1, + 2, + 3, + 4, + 5, + 6} 。各模糊子集的隶属函数取三角函数。
参考文献: 1 冯冬青, 谢宋和. 模糊智能控制[ M] . 北京: 化工工业出版社, 1998 2 杨宏丽. 单片机的模糊控制系统 [ M ] . 北京: 机械工业出版
社, 1996 3 王立新. 模糊系统与模糊控制 [ M] . 北京: 清华大学出版
中图分类号: T P273
文献标志码: B
文章编号: 1007- 7324( 2009) 04- 0040-02
The Fuzzy Control System of Liquid Level in the Fire Water Tank Based on PLC Gao Zhig uo
( Zhongy uan OilField Natural Gas Pro cess P lant , T hird Gas T reat ment P lant , Puyang, 457162, China)
来设计液位控制系统将更直接, 更有效, 是非线性控制的一种更有力的控制手段。带修正因子模糊控制技术已日趋成熟和完善。笔者设计的二维带修正因子模糊控制器已成功地应用于实际的液位控制系统且取得了良好的控制效果。 2 PLC 液位控制系统

毕业论文--模糊PID控制在液位控

(2)积分作用系数Ki的作用是消除系统的稳态误差，Ki越大，系统的静态误差消除越快，但过大，在响应过程的初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大超调.若Ki过小，将使系统静态误差难以消除，影响系统的调节精度.
(3)微分作用系数Kd的作用是改善系统的动态特性，其作用主要是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报.但Kd过大，使响应过程提前制动，从而延长调节时间，而且会降低系统的抗干扰性能.
本科论文
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要走了... 我爱你，我的大学！
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模糊PID控制 VS 数字PID控制
1 响应速度较快
3 振荡减弱
2 超调量有很大减小
4 更准确
本科论文
2021/3/7
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第四章模糊PID展望模糊PID运用领域广泛汽车ABS模糊控制叉车无级变速控制工业、医疗、航天等
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模糊控制器参数Ki随时间的变化大小
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y
江南大学
模糊PID响应仿真
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2ห้องสมุดไป่ตู้0.1
0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 time(s)
模糊控制器仿真结果图
2021/3/7
本科论文
PID控制器仿真结果图
NB
NM
NS
Z
PS
PM
PB NB
NM
NS
Z

基于MATLAB的液位模糊控制系统设计

基于MATLAB的液位模糊控制系统设计
丁肇红
【期刊名称】《上海应用技术学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2009(009)004
【摘要】对水箱系统设计一个两维模糊控制器,模糊控制器设计为两个输入一个输出,模糊控制器的输出用来控制阀门的开度,调节水箱的液位.运用MATLAB模糊工具箱实现双输入单输出的模糊控制器,并结合Simulink仿真得到实际液位跟踪给定液位的曲线,仿真结果证实该模糊控制器优越于常规的PID控制器,水箱模糊控制系统获得良好的控制性能指标.
【总页数】4页(P258-260,270)
【作者】丁肇红
【作者单位】上海应用技术学院机械与自动化工程学院,上海,200235
【正文语种】中文
【中图分类】TP273.4
【相关文献】
1.基于MATLAB的结晶器液位模糊控制器的设计与仿真 [J], 刘建新;谌海霞
2.基于组态王与MATLAB的双容水箱液位模糊控制系统 [J], 王维权;马阳;雷彦华;禢太行;李海荣
3.基于ControX2000和MATLAB的液位模糊控制系统 [J], 王贞卫;陈华
4.基于现场总线的双容液位模糊控制系统设计 [J], 李微;邵志勇;李媛
5.基于参数自整定的双容液位模糊控制系统设计 [J], 吴兴纯;杨燕云;吴瑞武;杨秀莲
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基于远程液位模糊控制实验设计

基于远程液位模糊控制实验设计姜增如【摘要】应用Client/Server模式、C#编程语言和.Net Remoting技术进行了水箱系统的远程控制实验系统设计,并把模糊PID(proportion integration diffrentiation)控制加入到远程控制系统中,获得了很好的控制效果.由于液位控制装置属于大型实验设备,它受实验室面积、资金条件限制,一般数量为1台或2台.将该实验引入到网络后,使学生能在校园网内的计算机上实现远程操作控制,通过网络摄像机实时获得真实设备影像,并观察实验过程,实验不受实验时间、空间的制约,且充分利用了有限的设备资源.该方法不仅可作为远程教学演示平台用于多媒体教学中,还能达到对液位系统进行控制器参数设计和分析实验特性的目的.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2010(027)007【总页数】5页(P37-41)【关键词】液位控制;远程控制;模糊PID控制器【作者】姜增如【作者单位】北京理工大学,自动化学院,北京,100081【正文语种】中文【中图分类】TP273;G642.4231 实验平台介绍液位控制属于典型的过程控制,三容水箱具有滞后、非线性、耦合性等特点,是控制理论、过程控制的很好的实验对象。

该实验的硬件以德国amira公司DTS200为实验平台,采用3个并行水箱的玻璃圆筒作为液位被控对象,3个容器分别命名为T1、T2、T3,容器之间通过阀门连接,其中,T1与T3之间阀门命名CV1,T3和 T2之间阀门命名CV3,容器 T2的右侧阀门CV2连接到蓄水槽中。

T1、T2、T3底部各自有一相应的泄流阀,分别命名为LV1、LV2、LV3,左右侧的2个水泵命名为 P1、P2,可分别给容器 T1、T2供水。

水泵的进水管连接底部蓄水槽,为容器供水。

容器中的液体可通过LV1、LV2、LV3和CV2排到蓄水槽中,水泵P1和P2给容器注水使用,这样形成了一个闭环回路系统。

模糊控制在液位控制中的仿真研究的开题报告

模糊控制在液位控制中的仿真研究的开题报告
一、选题背景和意义
随着工业化和城市化的快速发展，液位控制在工业生产和生活中的作用越来越重要。

液位控制是指通过对介质高度、压力等参数的检测，使介质在一定范围内保持稳定的高度或压力值。

传统液位控制方法采用PID控制器，其控制效果取决于系统模型的准确性和PID控制器的参数调节，难以满足复杂变化的控制需求。

因此，模糊控制作为一种基于经验的控制方法，其对模型精度和控制参数变化的适应性较强，因而越来越被人们所关注。

本文主要探讨模糊控制在液位控制中的应用，以探究新型的液位控制方式，为今后工业生产中的液位控制提供一种新的思路和方法。

二、研究内容和技术路线
本文将采用以下方法研究模糊控制在液位控制中的应用：
1.建立液位控制的数学模型，包括物理模型和控制模型。

2.设计模糊控制器，进行模拟分析。

主要包括设计模糊控制器的输入和输出，设置控制规则和隶属函数等。

3.对比分析传统PID控制方法和模糊控制方法的优缺点，评价其控制效果。

4.仿真分析不同控制参数对液位控制效果的影响。

三、预期成果和意义
本文预期能够探索出一种新型的液位控制方法，即模糊控制方法，并与传统PID 控制方法进行对比分析。

通过充分研究模糊控制在液位控制中的应用，进一步提高液位控制的控制精度和稳定性，为今后工业生产中的液位控制工作提供新的方案和实际指导意义。

基于单片机的液位模糊控制器设计论文

基于单片机的液位模糊控制器设计论文基于单片机的液位模糊控制器设计论文摘要：液位控制由于其应用极其普遍，种类繁多，其中不乏一些大型的复杂系统，譬如在石油化工等工业生产中。

它主要有以下几个特点:1、时滞性很大。

在大型、复杂的液位控制系统中，当改变进出容器的液体流量来控制液位时，控制效果在较长的时间后才能得到体现，这会使得最后的稳态误差较大，液位在期望值附近波动。

2,时变性。

液位控制一般是通过控制液体流入量的大小来控制液位的，流出量是根据后续工艺生产的需求而调节，这种需求的数量和速度是在不断变化的。

3,非线性。

容器内液体流出量不仅随后续工艺生产需求变化，即使在控制阀门保持不变的情况下，实际的流出量也随着液位高度的变化而发生一种非线性的变化。

这几个特点，都严重影响PID控制的效果，当实际生产对控制有较高的性能指标要求时，就需要将智能控制方法引入到液位控制系统中来。

关键词：模糊控制；液位；PID；单片机1 模糊控制的基本原理模糊控制属于智能控制的范畴，它是以模糊数学和模糊逻辑为理论基础、模仿人的思维方式而统筹考虑的一种控制方式。

它是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。

模糊控制模仿人的思维方式，计算控制量时并不需要参数的精确量，而是以参数的模糊信息为基础，通过模糊推理得到控制量的模糊形式，然后再经过反模糊化处理输出具体的控制量。

模糊控制器的'设计的基本原理1．在采样时刻，采样系统的输出值，然后根据所选择的系统的输入变量来进行计算，得到输入变量的具体值。

一般系统通常选择误差及误差的变化情况作为输入变量。

2．将输入变量的精确值变为模糊量。

当然，在这之前需要先确定模糊变量的基本论域、模糊子集论域、模糊词集及隶属函数。

系统中输入变量的实际变化范围称为变量的基本论域，对于模糊控制输入所要求的变化范围称为它们的模糊子集论域。

模糊子集论域的确定和下一步的模糊推理中需要的模糊值有关。