基于模糊PID的变频恒压供水系统
基于单片机的模糊PID恒压供水控制系统
Ｔ ｅ ＭＡＴ ＡＢ－ ａ ｅ ｉ ｌｔ ｎ ｒ ｓ ｌ ｒ ｔ ｅ ｓ ｌ － ａ ｔ ｇ Ｆ ｚｙ — Ｐ Ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ａｅ ｃ ｍｐ ｒｄ ｗ ｔ ｈ ｈ Ｌ － ｓｄ ｓ ｂ ｍｕ ａｉ ｅ ｕｔ ｆ ｈ ｅｆａ ｐ ｉ ｕ ｚ － Ｉ ｏ ｔｏ ｒ ｏ ａ ｅ ｉ ｔ ｅ ｏ ｓｏ －ｄ ｎ ｈ ｔ ｄ ｔ ｎ ｌ Ｉ ｏ ｔ ｌｓｍｕ ａｉｎ ｒ ｓ ｌ ．Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ｓａ ｉ ｔ ｆ ｗ ｔ ｒｓ ｐ ｌ ａ ｉ ｒ ｉ ｏ ａ Ｄ ｃ ｎｒ ｉ ｌｔ ｅ ｕ ｔ Ｐ ｏ ｏ ｓ ｈ ｘ ｅｉ ｍｅ ｔｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔａ ｈ ｔｂ ｌ ｙ ｏ ａｅ ｕ ｐ ｙ ｓ ｉ
关键词 ：恒压 供 水 ； 供水 泵站 ； 糊 ＰＤ； 片机 ； 模 Ｉ 单 变频控 制 中图分 类号 ： Ｎ １ ． Ｔ ９４３ 文献标 志码 ： Ａ 文章编 号 ：１０ ６ ５ 【０ ８ Ｏ — ０ ３— ４ ０ ５— ２ ４ ２ ０ ） １ ０ ４ ０
Ｆｕ ｚ ＰＩ ｃ ｎ ｔ ｎ － ｒ ｓ ｕ ｅ ｗａ ｅ ｕ ｐ ｙ ｓ ｓｅ ｚ ｙ－ Ｄ ｏ ｓａ ｔ ｐ ｅ ｓ ｒ ｔ ｒ ｓ ｐ ｌ ｙ ｔ ｍ
ｔｅｓｌａ ａ ｔ ｇＦ ｚｙ Ｉ ｏ ｓ ｎ ｒｓｕｅｃｎｒｌ ｔ ｔ ｙ ｗ ｉｈｆｎｔ ｎ ｙｍｅｎ ｆ ｄｕｔ ｎ ｈ ｆ ｄ ｐ ｎ ｕｚ —ＰＤ ｃｎｔ ｔ ｅｓｒ ｏｔ ｒ ｅ ， ｈｃ ｕ ｃ ｏ ｓ ａ ｓｏ ｊｓ ｅ－ ｉ ａ ｐ ｏ ｓａ ｇ ｉ ｂ ａ ｍｅｔ
模糊PID控制在变频恒压供水系统的应用
ｏ ｏｆ （ １统的工作框 图
连 续地 改变 电机 定子的供 电频 率就可 以平滑 改变 电动 机 的转速 ，
从而达 到调节速度 的目的。
２ ． Ｐ Ｉ Ｄ 控 制 器 该设备 应用传 感器完 成对 水 压的数 据采 集 ， 传感 器置于 水体 内， 变频 恒 压供 水系统 的核心 是恒 压控 制 ， 它 是根据 水压 给 定值 与供 利 用水压的变化产生 的力的变化 将水压量转换 成电压值， 经前置放大 ， ／ Ｄ 转换 为一组 数字量 进入单片 机 ， 经微处 理器与相应预 置参 量进行 水管 道中实际压 力值 的压差 大小 ， 控制变频 器输出频率 ， 使变频 器实时 Ａ 得到 误差量 Ａ， 该误差 量与前一误 差量 又可得到误 差的变化 量 调节水 泵电机 的转 速以适应 管路中压 力的变化。 Ｐ Ｉ Ｄ 控 制和 模糊控 制是 比较后 ， 目前使用的两种 主要方法。 Ｂ， Ａ 和Ｂ 作为模糊 控制器 的输入 ， 由软件 中的算法进行 处理 ， 模糊 控制 器的输 出则 作为 一调节参量 即控制量 ， 经Ｄ ／ Ａ 转换控制 变频器 ， 产生一 ２ ． １ Ｐ Ｉ Ｄ 控制器 的设 计 Ｐ Ｉ Ｄ 控 制方 式 是现代工业 控制 中应 用的最 广泛 的反馈控制 方式 之 系列的变化 的电压 ： 电压大 ， 水泵转速 加快 ， 水 压升高， 反之水 压降低 ， Ｐ Ｉ Ｄ 控 制方 式 是现代 工业控 制 中应 用的 最广泛 的反馈 控制 方式 之 近似 达 到恒 压节能 的目的。 Ｐ Ｉ Ｄ控制器 由比例单元（ Ｐ ） 、 积分单元 （ Ｉ ） 和微 分单元 （ Ｄ ） 组 成。 其 输入 ３ ． ２ ５统 的软件设 计 ｅ ） 与输 出ｕ （ ｔ ） 的关系为 ： ． 软件的实现 主要是 单片机 编程 ， 在ＷＩ ＮＤ Ｏ ＷＳ 界面的ＷＡ Ｖ Ｅ ６ ０ ０ ０ 环境 下进行 Ｃ 语 言编程 。 程序设 计主要 有以 下几个部 分 ： 压力测 量子程 ” （ ｆ ） ＝ Ｋ ｐ ［ ｅ （ ｔ ） ＋ 兰 １ Ｉ ｅ （ ｆ ） ＋ ］ （ ２ ） ｚ Ｊ ０ ａＬ ＂ 序， 故 障检 测子程 序 ， 模糊控 制算 法子程 序， 显 示子程 序， 功 能选 择子 由于离散的Ｐ Ｉ Ｄ 算法 与模拟 的Ｐ Ｉ Ｄ 算法相 比较 ， 具有独 特的优 点， 程序， 功 能子程 序ａ 所 以我们采用离散 的ＰＩ Ｄ对 水压进行恒 定控制 。 ４ ． 结 束语 ２ ． ２ 模糊控 制器 变频 调速恒 压供 水是 现代化城 市和 生活小 区供 水 的发展方 向， 采 由于供水系统管 网较 长， 流 量变化缓慢 ， 水压 的调节有 较大的 滞后 用单片机控 制的变频供 水系统 具 有工作可靠 、 实现容 易、 价格 低 廉等特 性， 所 以难 以建立一 个精确 的数学 模型 ， 用传统 的Ｐ Ｉ Ｄ 调节 器难 以获得 点 ， 是 较 理想 的控制 器。 本论文 的研究 主要 完成了以下内容 ： 通 过对变 用单片 机语 言Ｃ ５ １ 满 意 的效果 。 模糊控 制器 的优 点是 不要求 掌握 受控 对象 的精确 的数学 频恒压 供水控制 系统的工作原理和 控制原理 的分析， 模型。 结合硬件 电路， 设计出以Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ５ ２ 为核心的恒 压供水控制 器。 并将模糊 根据 小区实 际供 水情况 和操 作人员的实践 经验 ， 总结 出模糊 控制 自 整 定Ｐ Ｉ Ｄ 算 法应用到变 频恒压 供水控 制器中， 使得用 户在 使用时更加 规 则表 ， 由控制规 则按 模糊推 理合成规 则求 出相应 的控制 决策Ｕ， 再按 方便快 捷 。
基于模糊PID控制的变频调速恒压供水系统的设计
基于模糊PID控制的变频调速恒压供水系统的设计孟宪坤（国家新闻出版广电总五五四台河南荥阳450100）摘要：针对恒压供水系统是一个非线性、时变性的过程，介绍分析了变频调速运行在供水系统中的工作原理和恒压供水的控制流程，指出了模糊控制在恒压供水系统存在的问题，提出把PID控制结合模糊控制的方法来实现变频恒压供水系统的设计，以解决恒压供水系统中存在的难以对控制对象建模且不易进行控制等复杂问题。
经过现场的运行和测试，验证了该方案的可行性。
关键词：变频调速；恒压供水；模糊控制；PID控制；PLC中图分类号：TP 273 文献标识码：BDesign of Frequency speed Constant pressure Water supply System Based on Fuzzy PID ControlXiankun-Meng(State Press and Publication Administration of Radio ,Broadcasting station554，Xingyang ,Henan 450100,China)Abstract：For constant pressure water supply system is a nonlinear, time-varying process, description and analysis of the work principle of frequency speed’s operation in the water supply system and constant water supply control process, Pointed out problems of fuzzy control in constant pressure water supply system, proposed a design that PID control with the fuzzy control method to achieve constant pressure water supply system, to solve the complex problems of difficult to establish the control object model in the constant pressure water supply system and difficult to control Etc. After field running and testing , verified the program is feasibility.Key words：Frequency speed; pressure water supply; fuzzy control; PID control;PLC1 前言水是人类生产及生活中不可缺少的重要组成部分，随着城市化进程的快速发展和新农村建设的大力推进，人类对供水的需求越来越大，原有的自来水管网的压力出现不足，大部分地区普遍存在着用水高峰期高层供不上水，高层居民经常出现用水难问题，而且相应的自动化控制技术水平也相对较低，给生活带来极大不便。
基于模糊自适应PID控制器的智能供水系统
基于模糊自适应PID控制器的智能供水系统皮柳杨;陈希有;李红【摘要】The system adopts PLC (Programmable Controller) as the controller, it is used to control all contacts,frequency inverter. This paper adopts the LabVlEW to provide friendly man-machine interface. It uses the fuzzy adaptive PID algorithm and the fuzzy control theory as the control strategy, then a kind of optimization intelligent water supply system is designed based on them. This method can reduce energy waste and improve stability of water pressure. As the system operation results shows, the performance is superior, thus il can verify its validity and reliability.%系统采用 PLC( Programmable Logic Controller)作为触点和变频器的控制单元.用LabVIEW作为上位机,为系统提供友好的人机交互界面.以模糊自适应PID算法和模糊控制理论为基础,设计了一套优化的智能供水系统.该系统能够减少能量浪费,提高水压稳定性.实验结果表明,该系统运行状况良好,性能优越,验证了其有效性和可靠性.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2012(034)003【总页数】3页(P79-81)【关键词】模糊控制;恒压供水;变频器;人机界面【作者】皮柳杨;陈希有;李红【作者单位】大连理工大学电气工程学院,辽宁大连116023;大连理工大学电气工程学院,辽宁大连116023;大连理工大学电气工程学院,辽宁大连116023【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言水泵长时间工频高速运行，不能保证水压恒定，如果水压不稳，就容易造成水锤效应，所以供水系统的要求之一就是要保持恒压［1］。
基于变频器PID功能的恒压供水系统的应用
变频 器运行频率 的调节主要依据水 网压 力和既定压力的高低来 完 时 ，从 １ 号到 ３ 号水 泵依 次变频 启动 运行 ，前一 台水泵 转为 工频 。 成， 水 网压力高于既定 压力 ，此时变频器将 降低 运行频率 ，水 网压 力 出现下 限信 号 时 ，从 ３ 号到 １ 号 水泵先 后停 止 ，后一 台水泵 转为变 低于 既定压力 ，此 时变频 器将提高运行频率 。水 网用水量的突然增 大 频 运 行 ； 会使变 频泵压力 的突然 变小 ，这时就需要增加 水泵 ，但此时只有一 台 （ ２ ）系统可 手动切 换或 自动换 ，但 系统中要 有过载 、联 锁等 相 水泵在 变频运行 。三 台水泵投入运行的泵数和 水泵工频 ／ 变频 的切换 应保护措施 ； 控制 ，由 Ｐ Ｌ Ｃ控制来完成 。这样水 网即可 以保证供水压 力的恒定 ，并 （ ３ ） 通常情况下 ， 为均衡水泵 的工作 时间， 应使 ３ 台泵 交替 工作 。 且可 以优先监 控系统 并节约能源。
于增加了 Ｐ Ｌ Ｃ的控制 ，为此 要相应的添 加 Ａ／ Ｄ、Ｄ／ Ａ转换器 ； （ １ ）设定值 的确定 。先要确定被调节压力 的设定值 ；
（ ４ ）外置 Ｐ Ｉ Ｄ调 节器 ，变 频器根据 其对反 馈量和 给定量 的 Ｐ Ｉ Ｄ （ ２ ）百 分数 的转换 。计算 传感器 的输 出值 与设定值 之 间的相应 运算结果对系统进行 调节 ，但此系统需添加外置 Ｐ Ｉ Ｄ 调节器 ，增加 了 关 系， 若传感器 电流 为 ２ ０ ｍ Ａ对应 Ｏ ． ５ ＭＰ ａ ， ４ ｍ Ａ 对应０ ＭＰ ａ ， 那么 Ｏ ． １ ＭＰ ａ
（ １ ）上限频率 。通常来说 ， 设定 上限频 率等于 额定频 率为最宜 ，
略低一些也可 以； （ ２ ）下 限频率 。下 限频率 设置的不 宜太低 ，因为太低 会使 水泵 水 系统优势 明显 ， 其 具有 自动化程度 高、节能、工作稳定可 靠、供 水
一种基于变频器PID功能的PLC控制恒压供水系统
PID PLC1.前言恒压供水系统是目前市场上运用最为广泛的供水系统之一。
变频器PID 控制系统是整个恒压供水系统的控制核心。
通过PLC (可编程逻辑控制器)对整个系统进行可靠的控制，不仅提高了水压的稳定性，同时也提高了系统运行效率，降低了能源消耗。
2. 恒压供水系统概述恒压供水系统是指在不同供水流率和负荷状态下，系统所维持的压力都是恒定的。
相比较其他常见的供水系统，恒压供水系统可以满足一些特殊的供水需求，比如公寓、办公楼、酒店、医院等高层建筑物的供水。
恒压供水系统一般可以分为两类：一类是调速泵房恒压供水系统，另一类是变频器恒压供水系统。
调速泵房恒压供水系统采用调速泵进行水压控制，系统通过加减泵数来维持恒定的工作水压。
这种方式适合较小规模的恒压供水系统。
变频器恒压供水系统则采用变频器控制泵的转速，通过控制水泵的转速来保持一定的供水压力。
对于大规模的高楼、大型公共建筑物等供水系统，采用变频器恒压供水系统更为常见。
3. 变频器PID 功能PID 控制是一种最广泛应用的控制方法之一，在变频器控制系统中，同样可以采用PID 控制算法来控制水泵的输出，实现恒压供水系统的控制。
PID 控制器的核心算法为比例(P)、积分(I)和微分(D)三部分，分别调节系统的稳定性、抗干扰性和响应速度。
在恒压供水系统中，通过调整PID 控制器的参数，可以实现快速反馈，实时调整水泵的输出，保持系统稳定性。
4. PLC 控制恒压供水系统PLC 是一种专门用于工业自动化的可编程电子控制器。
PLC 芯片可以通过编程实现对数字信号的处理、控制逻辑、数据存储和通信等功能。
在恒压供水系统中，PLC 的主要任务是控制变频器PID 控制器的输入和输出，采集水泵和供水系统的运行数据。
PLC 控制系统的核心模块为CPU (核心处理单元)和I/O 模块(输入输出模块)。
对于PLC 恒压供水系统的实现，可以通过编写PLC 程序来实现PID 控制器的参数调整、水泵的开关控制、水压监测和数据传输等任务。
针对小区供水系统的实际情况,选用单片机模糊PID控制器和变频器组成模糊PID恒压供水系统,充分利用单片机
摘要小区的不断扩建与改造，楼房层数的不断加高，我国居民用水难问题越来越突出，大部分地区普遍存在着用水高峰期高层供不上水，高层居民经常出现用水难问题，给生活带来极大不便。
针对上述问题，本文研制了变频调速恒压供水控制器，通过控制变频器的输出频率从而自动调节水泵电机的转速，来实现恒压供水。
同时达到供水效率的目的“用多少水，供多少水”。
采用该供水系统不需建造高位水箱，水塔，水质无二次污染。
本文根据模糊控制和PID控制的特点及其原理，把模糊控制和PID控制结合起来，形成模糊PID控制，有效的克服了它们的缺点而发挥了它们的优势。
本文详细阐述了该系统中模糊PID控制器的实现方法、系统的各种控制、故障检测以及状态显示关键字:模糊PID 控制恒压供水、变频控制、单片机。
ABSTRACTThe small area extends continuously with the reformation, the several-storied building layer count of add continuously high, our country the residents is more and more outstanding with the difficult problem of water, big and parts of regions are widespread to exist the useful high peak of water to expect the key figures to provide not up water, the high residents usually appear with the difficult problem of water, bringing for life biggest inconvenient .and at the above-mentioned problem, this text researches to manufacture to change the Frequency to adjust soon presses the water supply controller, pass the control changes the machine of Frequency of exportation frequency regulate the water pump electrical engineering to turn thus and automatically soon, carry out the to press the water supply.Attain the purpose" use how much water, provide how much water" of supply water the efficiency at the same time.The adoption should supply water the system not to need to construct a water tank, water tower, the fluid matter has no to pollute two times.This paper adopts fuzzy PID control algorithm which combines fuzzy control and PID control according individual characteristic and theory effectively gets over their disadvantage, at the same time, preserving their merits. The methods of the fuzzy-PID controllersystem-controlling, failure-detecting，states-displaying aredescribed in detail。
基于labview的模糊自适应pid控制在恒压供水系统中的应用
113 节能技术与应用示NO.04 2020 W能ENERGY CONSERVATION 基于LabV旧W的模糊自适应PID控制在恒压供水系统中的应用朱多林1韦彪2栗金晶2刘嘉祥2刘欢2(1.长安大学建筑工程学院，陕西西安710061 ; 2.长安大学住房和城乡建设部给水排水重点实验室，陕西西安710061 )摘要：介绍了一种利用L abV丨E W语言设计的基于虚拟仪器的模糊P ID控制系统在恒压供水中的应用利用L ab V IE W的模糊逻辑工具箱（Fuzzy Logic for G T o o lk it)设计模糊自适应P ID控制器，由于其较高的稳定性和自动 优化能力，既能提高系统供水的保障性，又达到了节能的效果。
同时该系统能够实现水压的在线监测和动态分析，并将数据自动保存成表格，可以通过对每天的水压教据分析处理，来不断地改进和优化系统，关键词：Lab V IE W ;模糊P ID控制；虚拟仪器；恒压供水中图分类号：T P273 文献标识码：B文章编号：1004-7948 (2020) 04-0113-03doi : 10.3969/j.issn.l()04-7948.2020.04.034The application of fuzzy adaptive PID control based on Lab V IEW in constant pressure water supplysystemZ H U D u o-l i n W E I B i a o L I Jin-jing et alAbstract ：I n t r oduces the application o f a f u z z y P I D control s y s t e m b a s e d o n virtual i n s t r u m e n t d e s i g n e d b y u s i n g L a b V I E W l a n g u a g e in constant pressure w a t e r s u p p l y..B e c a u s e o f its hig h stability a n d a u t omatic optimization ability,i tc a n not o n l y i m p r o v e the s y s t e m w a t e r s u p p l y supportability b ut also a c h i e v e the e n e r g y s a v i n g.A t the s a m e t i m e,thes y s t e m c a n realize the o n-l i n e m o n i t o r i n g a n d d y n a m i c analysis o f w a t e r p r e s s u r e,a n d automatically s ave the data into tables,w h i c h c a n b e c h a n g e d continuously b y analyzing a n d processing the daily w a t e r pressure d ata.Key words ：L a b V I E W ；f u z z y P I D ；virtual instrument ；constant pressure w a t e r supply引言由于计算机技术和变频技术的H臻成熟和完善，传 统的高位水箱和压力罐等供水设施逐渐被以变频调速为 核心恒压供水系统所取代。
基于模糊PID控制的变频调速恒压供水控制系统
随着现 代 电力 电子 技术 、 流变频 调速 技 术 、 交 计 控制方 式 ， 这种 方 式控 制 精 度 高 、 制算 法 灵 活 、 控 参 算 机技 术 和智 能控 制 技 术 的迅 速 发 展 ， 频 调 速 技 数调 整方便 ， 相 环 同步 切 换 控 制 可 由软 硬 件 结合 变 锁 术在 供 水领域 得 以运 用 ， 现 了水 泵 电机 的 无级 调 实现 ， 实 具有 较 高 的 性 价 比。控 制 系统 的框 图如 图 １
２ 恒压供 水 控制 系统 组成
压 力闭环 调节 ， 供水 压力 还不 能满 足系 统 的要求 ， 就
切断 压力 闭环 控 制 ， 同步 切 换控 制 电路 调 节 变频 由 根据 系统设 计 任务要 求 ， 用 通 用 变频 器 ＋单 器输 出频 率 ， 其跟 踪Ｔ 频 电源 的频率 ， 选 使 当两个 电压
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第 ７卷 第 ６期
２０ ０ ７年 １ １月
潍 坊 学院 学报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｅｆ ｎ ｉｅ ｓｔ ｏ ｒ ａ ｆＷ ｉ ｇ Ｕｎｖ ｒｉ ａ ｙ
Ｖ０． ． 】 ７ Ｎｏ ６ ＮＯ ． ｏ７ Ｖ ２０
基于模糊 ＰＤ控制的变频调速恒压供水控制系统 Ｉ
压力 保持 在恒 定的压 力设 定值 。与 传统 的恒 速泵 供
水 系统 、 塔 高位供水 系统和气 压罐 供水 系统相 比 ， 水
变频 调速供 水 系统不 仅具 有供 水质量 高 、 活性 强 、 灵
电机 起制 动平 稳 、 水锤 效 应 、 无 占地 面 积 小 、 备 投 设
资少 、 噪声ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ低等 优点 ， 而且 提高 了供水 系统 的稳定 性 和可靠 性 ， 节水 、 效果 显著 。 节能
一种基于模糊控制的恒压供水系统
一种基于模糊控制的恒压供水系统恒压供水系统是指通过控制水泵运行，以及对输出水压的检测和反馈控制，保持水压恒定的一种供水方式。
关于恒压供水系统，控制方法有很多种，包括PID 控制、模糊控制、遗传算法等。
本文重点介绍基于模糊控制的恒压供水系统。
一、恒压供水系统的基本构成恒压供水系统的基本构成包括水泵、水箱、阀门、传感器和控制器。
其中，水泵主要作用是将水从水箱中抽出，送往使用点，并通过控制运行频率来调节输出水压。
水箱用来储存水，当使用点需要用水时，水泵会自动启动，将水从水箱中送往使用点。
同时也可以通过控制水泵停止来实现水箱的恒压供水。
阀门可以用来控制水流量大小，传感器可以用来检测水压大小和供水量，控制器则用来对传感器的数据进行处理，进而控制水泵的运行。
二、恒压供水系统的模糊控制理论恒压供水系统是一个具有非线性和时变性质的系统，因此PID 控制方法比较难以实现系统的稳定性和高性能控制。
相比之下，模糊控制方法能够更好地适应非线性和时变性，具有较强的鲁棒性和改进能力。
模糊控制方法是一种不需要建模的控制方法，它通过建立模糊规则和模糊推理来实现对系统的控制。
模糊控制方法的主要流程如下：1.设计模糊集合和隶属函数在模糊控制中，输入和输出变量都需要进行模糊化处理。
模糊化处理需要将变量转化为隶属度函数，即将变量映射到一个模糊集合上，通过设置隶属函数来刻画这个模糊集合。
在恒压供水系统中，可以设置压力、流量等变量的模糊集合和隶属函数。
2.设计模糊规则模糊规则是由一系列“如果……那么……”条件语句构成的规则集合。
在恒压供水系统中，可以设置一些与水泵运行频率相关的规则，以实现目标水压恒定。
3.模糊推理模糊推理是指基于模糊规则，对输入变量进行模糊化处理，并通过推理过程得出对输出变量的推断结果。
在模糊推理中，通常采用毛糙集合的交集和并集来描述变量的模糊量。
4.解模糊化解模糊化是将模糊结果转化为具体的控制命令的过程。
解模糊化方法常用的有：最大隶属度法、加权平均法、最大加权平均法等。
基于模糊控制的小区恒压供水系统设计
压 力欠缺，不能满足高层住户 的用水 需求 的状
况 。 因 此 ， 有 必 要 对 于 控 制 方 案 进 行 改 进 ， 从
３模糊控制软件设计
３ ． １ 设 计 思路
而提 高供 水的效率。 居 民住宅 小 区，高层 建 筑供 水管 网峰 谷 差 值大，加之泵 的非线 性特 性，经 过多年的运
件 的整个开发过程 ，并为软件 工程 的开展提供 建议和 意见，在此过程 中，计算机软件 工程管 理人 员有必要遵循 以下原则 ：一 是确保 工程项
目具 备 测 量 规 范 以及 测 量 结 果 分 析 办 法 ； 二 是
们 的软件工程理 论知识、丰富他们的软件工程 工程管理 工作 ，仅仅将 自身工作定位于检查软 实践经验来提高软件 高发的价值 以及管理工作 的效率 。
【 关键 词 】频率控制 可编程控制 生变化，Ｐ Ｉ Ｄ算 法难 以满足不断变化 的需求 和压力条件下系统
的整体精度要求 ，因此采用 智能模 糊控制算法
．
本 文 尝 试 采 用 智 能 控 制 策 略 ， 以提 高 传
是一种实用而有效的方法 。
过检 测 管 网压力 ， 由 Ｐ Ｉ Ｄ 智能 控制 器对 信 息 控 制器 使 用两 个输 入和 一 个输 出模 式，设 定 进行 处理 后 调整 变频 器 的输 出频 率，实 现水 Ｐ ｓ 和 实际测 量值 Ｐ ｖ的误差 ｅ （ ｅ ＝ Ｐ ｓ — Ｐ ｖ １ 及 误差
＜ ＜上 接 ８ ６页
３ ． ２ 规 划统 一 的软 件 开 发 平 台
件代码 ，在此过程 中，管理人 员仅仅 能够 在质 量保证体 系中发挥作用 。从而 导致 软件工程开 展过程 中难 以得 到有效 的控制 。而这 些问题 的 产生主要是 因为计算 机软件工程管理模式不一
基于单片机的模糊PID恒压供水控制系统
万方数据
第１期
朱本坤：基于单片机的模糊ＰＩＤ恒压供水控制系统
４５
性，≮与Ｋ均应取大些．同时，为了避免系统在设定 值附近出现振荡，则Ｉ ｅ。Ｉ较小时，蜀取中等大小； ｌ ｅ。Ｉ较大时，蚝取小值．
根据上述的ＰＩＤ整定原则、操作人员和工程专 家的经验知识，建立合适的模糊控制规则表‘７川， 墨，Ｋ，蚝的控制Ｌ —１．
ｏ．
图３传统ＰＩＤ控制的阶跃响应
Ｆｉｇ．３ Ｓｔｅｐ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ １．
１．
１．
毒ｏ·
一０． ｏ． ｏ．
在线运行过程中，计算机根据采样得到的实际 压力值，与设定值进行比较，得到当前压力偏差值 ｅ；由当前偏差值与前一时刻的偏差值计算得到压力 偏差变化率ｅ。．得到ｅ与ｅ。的值后，根据隶属度函数 得到对应的隶属度，然后根据预先存储在计算机里 的控制规则表１一表３，由计算机查表得到△Ｋ， △Ｋ，△托．通过计算可得到ＰＩＤ的３个控制参数Ｋ， Ｋ，蜀，完成对ＰＩＤ参数的在线自调整．
１）当Ｉ ｅｌ较大时，取较大的Ｋ与较小的畅，使 系统具有较好的跟踪性能．同时，为了避免出现较大 的超调，应对积分作用加以限制，通常取ｇ；＝０．
２）当ｌ ｅｌ处于中等大小时，为了使系统响应超 调较小，Ｋ应取小些．该情况下，懿的取值对系统响 应影响较大，Ｋ的取值要适当．
３）当Ｉ ｅ Ｉ较小时，为了使系统具有较好的稳定
Ｆｉｇ．４
图４自适应模糊ＰＩＤ控制的阶跃响应 Ｓｔｅｐ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｎｇ Ｆｕｚｚｙ—ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ
４ 结论
实验结果表明，模糊自适应ＰＩＤ控制能够实时 调整墨，Ｋ，蜀这３个参数，因此系统超调量小，调 节时间短，使系统调节更精确．与传统ＰＩＤ控制相 比，模糊自适应ＰＩＤ控制器的各项性能指标明显优 于传统ＰＩＤ控制器．此外，笔者研究的模糊ＰＩＤ供水
恒压供水系统的模糊_PID控制
析，被控对象的传递函数为 & 3 # 4 ’ 设定压力 % 为 *=> ， 1 6 $ !7 。 (# 5 !
仿真时选取阶跃输入信号 . 3 / 4 1 ! 3 / 4 ， 即压力对应值为 ! ， 取定一组参数 （ 。 在对 !、 依据模糊控 ’ 1 !? / 1 /7? ! 1 "0 !7） !" 及 !"" 进行模糊化后，
第一作者简介： 刘文定， 女， 山西省太原市人， 副教授， 太原理工大学信息工程学院， 山西省太原市迎泽西 !#." 年 ( 月生， !#// 年毕业于太原理工大学， 大街 ,# 号， "("")*0
!"#
刘文定， 樊慧丽
恒压供水系统的模糊 # $%& 控制
信息产业
制规则表得到相应的模糊输出值。 根据本系统特征选取采样周期为 "< !1。 为了进行比较 : 对传统的 $%& 校正算法也进行了仿真，并分别在 >"1 处加 入干扰信号 : 对两种控制方法进行了对比分析 : 如图 ? 所示。 从图 ? 中可以看出，复合模糊控制器具有很好的动态响应特性，无超 调、 响应速度快、 跟踪特性好， 尤其适用于具有大迟延环节的系统。 相反， 传 导致响应时间太长。 统 $%& 控制器对于具有大迟延环节的系统适应性差， 当加入干扰信号后， 从图 ? 中的抗干扰曲线可以看出 $%& 控制器对具有大 迟延环节的系统抗扰性差， 而复合模糊控制器却具有很好的抗扰性。 总之， 复合模糊控制在稳定性、 鲁棒性方面都优于传统的 $%& 控制。 仿真结果说明了将模糊控制与 $%& 控制相结合时， 系统响应曲线没有 超调， 系统的建立时间比较短， 抗干扰能力强， 是一种鲁棒性很强控制器。 A!B 参考文献 E(-.,(+- F*+< ， G-., D24< ’(4 1+74)(4-348 134-6 34674)H C462., D24 ， 控制系统。将模糊控制应用于恒压供水系统中， 采用将 $%& 参数模糊化的 控制器可以解决 $%& 控制难以解决的许多问题， 模糊控制能大大提高系统 性能， 具有较强的鲁棒性。该方法设计简单， 实用性强， 是实现恒压供水系 统智能控制的一种新途径， 在实际中将会有广阔的应用前景。
基于模糊PID的变频水泵恒压供水系统仿真
Ｗ ＡＮＧ Ｘｉ ｎ ， Ｈ ＵＡＮＧ Ｘｉ ａ ｎ — Ｆｅ ｎ ｇ 。 ＬＩ Ｎ Ｂｉ ｎ
，
（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｗｕ ｙ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｍｅ ｎ ５ ２ ９ ０ ２ ０ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
Байду номын сангаас２月
文章编号：ｌ ０ ０ ６ — ７ ３ ０ ２（ ２ ０ ｌ ３ ）０ Ｉ － ０ ０ ５ ９ ・ ０ ５
基 于模 糊 Ｐ Ｉ Ｄ的变 频 水 泵 恒 压 供 水 系统仿 真
王鑫 ’ ，黄险峰 ’ ，林 彬 。
（ １ ．五 邑 大 学 信 息工程 学院 ，广 东 江门 ５ ２ ９ ０ ２ ０ ２ ．深 圳 市 深 蓝 电 子 有 限 公 司 ，广 东 深 圳 ５ １ ８ ０ ５ ５ ）
器和模糊 Ｐ ｌ Ｄ 控 制 器 分 剐 选 取 了 两 组 不 同 的 系统 传 递 函数 ，模 糊 ＰＩ Ｄ控帑 】 器 通 过 输 出调 整 量
模糊PID控制在变频恒压供水系统的应用
模糊PID控制在变频恒压供水系统的应用【摘要】随着城市居民区的不断扩建与改造，我国居民供水难的问题越来越突出，原有的自来水管网的压力出现了不足，用水困难给生活带来极大不便。
本文研制了交流变频恒压供水控制器。
该控制器是以AT89C52系列单片机为核心，并与变频器、压力传感器等器件有机结合起来，构成了变频恒压供水系统。
本文采用数字PID和模糊控制对系统中的恒压控制器进行设计，最后对系统的软硬件设计进行了详细的介绍。
【关键词】恒压供水；变频调速；模糊PID控制随着社会经济的迅速发展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，人民对供水的质量和供水系统可靠性的要求不断提高。
变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。
采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与监控；同时系统具有良好的节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。
1.变频恒压供水系统简介变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。
通常由鼠笼式异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。
因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。
异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。
异步电机的转速公式为：（1）连续地改变电机定子的供电频率就可以平滑改变电动机的转速，从而达到调节速度的目的。
2.PID控制器变频恒压供水系统的核心是恒压控制，它是根据水压给定值与供水管道中实际压力值的压差大小，控制变频器输出频率，使变频器实时调节水泵电机的转速以适应管路中压力的变化。
PID控制和模糊控制是目前使用的两种主要方法。
2.1PID控制器的设计PID控制方式是现代工业控制中应用的最广泛的反馈控制方式之一。
基于模糊控制的变频恒压供水系统研究
Forum of South China2020年4月下基于模糊控制的变频恒压供水系统研究*闫 放（天津渤海职业技术学院，天津 300340）摘 要：传统变频恒压供水系统中的模糊控制系统存在误差，且表现相当不稳定，特别是动态跟踪能力薄弱。
目前业界设计了全新的基于模糊控制算法的在线实时控制系统，能对变频恒压供水系统中的诸多参数进行模糊控制研究，凸显其控制快速性、高精度与鲁棒性特征，对变频恒压供水系统的动静态性能改善有很大帮助。
文章探讨了基于模糊控制的控制器设计，以提高变频恒压供水系统供水的安全稳定性。
关键词：模糊控制器；变频恒压供水系统；控制器设计中图分类号：TN773 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2020）08-0015-01——————————————基金项目： 2019年天津渤海职业技术学院科研项目“基于模糊控制的变频恒压供水系统研究”（2019002）作者简介： 闫放（1985—），女，河北沧州人，硕士，讲师，研究方向：机电一体化技术，自动控制技术，机械电子。
传统变频恒温供水系统一般采用调节器调速系统，这种调节器虽然结构简单、灵敏度较高，但是在消除系统设计控制精度静差误差、抑制扰动能力、提高系统稳定性方面存在严重缺陷。
而且它对系统非线性、滞后性等指标的控制不够稳定，动态跟踪品质表现较差，基本无法达到令人满意的控制效果。
1 变频恒压供水系统的基本构成变频恒压供水系统专门为工业农业生产线供给除盐水，是典型的“一用一备”设备，通过变频调速控制确保系统运行稳定不停运，即使出现故障也能实施换岗操作。
变频恒压供水系统的设计流量达到200m³/h，其中设计供水压力为0.55MPa。
变频恒压供水系统的主要包括控制器、变频器、水泵、变动机以及压力传感器。
在系统的两端分别包含了压力给定在设计前，需要明确普通数字量模糊控制算法，基于算系统误差以及上一次系统误差进行综合计算，从多方面确保变频恒压供水系统的除盐水与供水量变化精确调整能力以及稳定性。
基于模糊PID控制的矿井恒压供水系统设计
基于模糊PID控制的矿井恒压供水系统设计
周建波;陈培国;张风军;王宝华;张迪威
【期刊名称】《煤矿机电》
【年(卷),期】2017(000)001
【摘要】针对煤矿井下供水系统的供水压力存在不稳定的问题,设计了基于模糊PID控制的矿井恒压供水系统.介绍了恒压供水系统的基本原理、主要硬件设计和软件实现方法,在触摸屏上开发了人机交互界面,设计了参数自整定模糊PID控制器.试验证明:该系统比传统PID控制动静态性能好,可以满足井下工作面用水需求.【总页数】4页(P22-24,27)
【作者】周建波;陈培国;张风军;王宝华;张迪威
【作者单位】山东新巨龙能源有限责任公司,山东菏泽274900;山东新巨龙能源有限责任公司,山东菏泽274900;山东新巨龙能源有限责任公司,山东菏泽274900;山东新巨龙能源有限责任公司,山东菏泽274900;山东新巨龙能源有限责任公司,山东菏泽274900
【正文语种】中文
【中图分类】TP273+.4
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1.基于模糊PID控制的井下变频恒压供水系统设计 [J], 宋伟
2.基于PLC模糊PID控制的变频恒压供水系统研究 [J], 范子荣
3.基于模糊PID控制的恒压供水系统研究 [J], 李华杰
4.基于PLC模糊PID控制的变频恒压供水系统研究 [J], 徐赟;亢旭辉;刘晔;付焕森;张熠飞
5.基于PLC和模糊PID控制的恒压供水系统设计 [J], 孙玲;洪雪峰
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基于模糊PID的循环水站恒压供水系统的设计与仿真
基于模糊PID的循环水站恒压供水系统的设计与仿真王继;袁宇浩【摘要】Through the analysis of practical application of constant pressure water supply control system in the industry , and the duct network pressure has nonlinear and large lag characteristics , based on closed loop control system , the fuzzy PID control was designed and its control principle and advantages were analyzed. Matlab was used to test and simulate fuzzy control and fuzzy PID control of PID system , and the fuzzy PID control had better control effect was reached , which can make the system run more stable.The control system has good effect in the practical application , operates stable, and saves energy obviously .%通过分析恒压供水控制系统在工业上的实际应用状况，根据总管管网压力存在非线性和大滞后性的特点，设计基于整个供水闭环控制系统的模糊PID控制，并分析其控制原理和优点。
利用Matlab对系统的PID控制、模糊控制和模糊PID控制进行仿真实验，得出模糊PID控制具有更好的控制效果，能够使系统的运行更加稳定。
基于模糊PID控制器的恒压供水系统
基于模糊PID控制器的恒压供水系统
黄全振;李泉溪;陈素霞
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】2008(000)007
【摘要】采用现代模糊控制理论与PID控制算法,设计一个基于SIMATIC
CPU224 PLC的模糊PID控制器.恒压控制系统由模糊PID控制器、VLT2900变频器和水泵机组组成.解决了传统PID控制算法难以保证系统在任何工况条件下始终具有最佳控制性能的难题.仿真试验和实际运行表明:系统可以在线自整定PID参数,具有较好的自适应能力,控制效果比较理想.
【总页数】3页(P81-82,89)
【作者】黄全振;李泉溪;陈素霞
【作者单位】河南理工大学,河南焦作,454000;河南理工大学,河南焦作,454000;河南理工大学,河南焦作,454000
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
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1.模糊PID控制器在恒压供水系统中的应用 [J], 王伟;胡应占
2.基于LinWPSO算法的同步顶升系统模糊PID控制器设计 [J], 刘鑫; 蔡改贫; 罗小燕
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与 参数 、
．
示 。通过 观 察输 出结 果 ，可 以对 模糊 控制 器 的控制 规
则和 系统 参数 进行 适 当的调 整 ，使控 制 系统达 到最 佳
电 大 理 工
２ ０ １ ７年 ６月
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ａ ｔ Ｉ ＶＵ
第 ２期 总第 ２ ７ １ 期
ＤＯ ｈ １ ０ ． １ ９ ４ ６ ９ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ ３ — ３ ３ １ ９ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ２ ． ０ ０ ０ ９
基于模糊 Ｐ Ｉ Ｄ 的变频恒压供水系统
赵东
辽 宁广 播 电视 大 学
摘 要
（ 沈阳 １ １ ０ ０ ３ ４ ）
根据 变频恒压供 水系统的特点，设计 了基于 Ｐ Ｉ Ｄ参数模糊 自整定控制器的 变频恒压供水 系统 ，Ｐ Ｉ Ｄ 参数
模 糊 自整定控制器能够改善供 水系统在 不同的运行情况下的控制性能 ，该控制器能够在线 自动调整 Ｐ Ｉ Ｄ 控制算法 中的 参数 ，并在 不 同的运行情况 下选 出合 适的控 制参数 。仿真结果表 明， Ｐ Ｉ Ｄ参数模糊 自整定控制 器有 更快 的响应速度 ， 更 小的超调量 ，更短 的过渡过程 时间，更少的振 荡次数 ，更好 的稳定性能和较 强的鲁棒 性。
关键词 模糊 Ｐ Ｉ Ｄ：参数 自整定 ：变频恒压供 水 中 图分类号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ ３ ＋ ． ４ 文献标 识码 ： Ａ 文 章编号 ：１ ０ ０ ３ － ３ ３ １ ９ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ — ０ ０ ０ ０ ９ － ０ ２
随着 中国经 济 的快 速发 展 ，稳 定可 靠 的供水 系 统 已经 成为 居 民小 区不可 缺少 的 重要 部分 ，而 传统 的供
异 步 电动机 的同步转 速 为
６ ０ ｆ ，
水系 统 费 电、效 率 的 、可靠 性 差 、 自动 化程 度低 ，严 重 的影 响 了小 区的供 水质 量 。本 文根 据 小 区居 民用水
的实 际情 况 ， 以变 频 器 、 电机和 水泵 等 组成 变频 恒压 供 水 系统 ，控 制 方式 为模 糊 Ｐ Ｉ Ｄ 控制 。
ｐ
式 中 ： 力一电动机 转速
力 ， 一电动 机 同步转 速 ，一 供 电频 率 Ｐ一电动机 极对 数
由上 式可 知 ， 当 电动机 极对 数不 变 时 ，供 电频 率 和 电动机 的转 速成 正 比 ，所 以可 以通 过调 节 电源频 率 来调 节 电动机 的转 速 ， 从而 达 到调节 供水 管 网的压 力 ， 满足 恒压 供水 的 目的。
的【 １ ］ 。
供 水 管 网压力 信号 经过 设定 压力 比较 后会 得到 正 的压 力 差 ＡＰ （ ＡＰ ＝ 一 ），压 差 信 号经 过 控制 器计 算 处理 后 可 以得 到 变频器 频 率输 出增量 ，变 频器 频率 输 出增 量 和原有 输 出频 率相 加后 即为 新 的变 频器 输 出 频 率 ，新 的输 出频率 使 电动机 的转 速提 高 ，带动 水泵 的输 出压力 增大 ，使 供水 管 网压力 达 到设定 值 。当居
变 频 恒压 供水 系统 主要 由变频 器 、电动 机 、水泵
用水流 量（ Ｑ Ｕ 表示） 和 供 水 压 力 之 间 的 平 衡 情 况 有
关：
如 供水 流量 ＱＧ＞ 用 水流 量 Ｑ Ｕ， 则 供水 压力 上 升 ； 如供 水 流量 ＱＧ ＜ 用水 流 量 Ｑｕ， 则 供水 压力 下 降 ； 如供 水 流量 ＱＧ ＝ 用水 流量 Ｑｕ， 则 供水 压力 不变 。
力 ． 一 力
控制 器 计算 处理 后 降低变 频器 的输 出频 率 ，从而使 电 动机 的转速 减小 ，水 泵 的输 出压力 降低 ，使 供水 管 网
（ １ ）
ｓ＝ —一
压 力达 到设 定值 【 ２ 】 。
第ｌ ０ 页
电大 理 工
总第 ２ ７ １ 期
３ Ｐ Ｉ Ｄ参数模糊 自整定控制器设计
由上可 知 ，使供 水 管 网 中的压 力不 变 ，就 是使供
和 管 网等 组成 ，在 变频恒 压 供水 系统 的运 行过程 中，
如果居 民用水 量增 大 ，则供 水管 网 的水压 就会 降低 ，
水管 网 中 的供水 流 量和 用水 流 量相 等 ，供水 流 量能 正
好 满 足居 民的用 水流 量 ，这 样就 达 到 了恒 压 供水 的 目
民用水 量减 小 时情况 正好 相反 ，供 水 管网压 力增 大 ， 与 设定 压力 比较 后会 得 到负 的压力 差 ，压差 信 号经过
２变 频恒 压 供水 系 统
当居 民用 水 量发 生变 化 时 ，为 了满足 恒压 供 水 的 要 求 ，就 需要调 节供 水 压力 ， 而供 水 压力 由水 泵提 供 ， 通 过 调节 电机 的 转速 可 以调 节水泵 的输 出压力 ，根据 电机 学原 理 ，异 步 电动 机 转差 率 与转 速 的关系 为
＝ ——
ｐ
（ ２ ）
异 步 电动机 的转 速为
刀 — — — — （ ＿ 、 — 二 — ｌ 二
刀 ：
（ Ｉ ３ 一 ）
１恒 压供 水 原理
对 供 水系 统控 制 的实 质 是对 流量 的控 制 ，流量 是 恒压 供 水 系统 的被 控对 象 。由于用 水 流量 在不 同 时段 （ 如 早 晚和 上 下午 ） 、不 同月份 （ 如 １ 、２和 ７ 、８月） 的变 化 很大 ，供 水 量过 剩 或不 足 的情况 经 常发 生 。在供 水 量 变 化 的情 况 下 ，供 水管 网 中供 水流 量（ Ｑ Ｇ 表 示） 、