基于模糊控制的单容水箱的matlab建模仿真设计.docx

发布时间：2022-06-19 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.30M 资料格式：docx 举报版权申诉

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1.水箱水位系统概述

2.模糊控制系统的概述

3.单容水箱结构图

4.水箱水位模糊推理系统（FIS）的建立

5.对SIMULINK模型控制系统的构建

基于模糊控制的单容水箱的建模仿真设计 1. 水箱水位系统概述在能源、化工等多个领域中普遍存在着各类液位控制系统液。各种控制方式在液位控制系统中也层出不穷，如较常用的浮子式、磁电式和接近开关式。而随着我国工业自动化程度的提高，规模的扩大，在工程中液位控制的计算机控制得到越来越多的应用。液位控制系统的检测及计算机控制已成为工业生产自动化的一个重要方面。水箱水位控制系统属恒值调解系统，当干扰因素较多时，传统的 PID 控制难以保证系统的性能指标要求。模糊控制以其优越的以模糊量实现更优控制的特点可以很好的解决这一问题。本设计基于模糊控制理论知识实现单容水位控制系统的建模仿真设计。 2. 模糊控制系统的概述随着科学技术的不断发展，人们所面临的问题也越来越复杂。在研究的过程中，人们发现大多数客观事物并不具有这种清晰性，比如，根据人的年龄，可以把人分为“少年”、“青年”、“中年”、“老年”等，而这些概念之间的界限是非常不清晰的；同样，根据人的身高可以将人分为“矮个子”、“中等个子”、“高个子” 等，这些概念之间同样没有明确的界限，用经典集合论对这些概念进行定义就显得无能为力了。这说明了经典集合的这种局限性是本质上的。为了克服经典集合理论的这种局限性，一种新的理论——模糊集合理论便应运而生。经典集合描述的事物具有“跳变性”，即事物的属性只能是从“0”变为“1” 或从“1”变为“0”，中间没有过渡。而客观事物只有少数符合这种“跳变”的性质，绝大多数事物属性的变化都是一个渐进的过程。如人的年龄增长就是一个渐进的过程，从婴儿到老年是随着时间的推移逐渐变化的，不可能一夜之间发生 “跳变”。模糊集合正好能描述这种渐变过程。模糊控制系统的结构如图所示模糊控制系统结构从图中可以看出，模糊控制系统由给定输入、模糊控制器、控制对象、检测变送装置、反馈信号与给定输入的相加环节等组成。这种系统结构和一般的模拟或数字控制系统并没有太大的区别。模糊控制系统只是用模糊控制器取代模拟或数字控制系统中的控制器。模拟控制器是一种连续型的控制器，数字控制器是一种离散型的控制器。

3. 单容水箱结构图水箱通过调节阀可向内注水和向外抽水。设计一个模糊控制器，通过调节阀门将水位稳定在固定点附近。 4. 水箱水位模糊推理系统（FIS）的建立本系统设计基于 MATLAB 图形模糊推理系统，设计步骤如下： 1．打开模糊逻辑工具箱窗口，增加一个输入变量，将输入变量命名为误差、误差变化，将输出变量命名为阀门开关速度。 2．设计模糊化模块：设水位误差的论域为[-5 5]，隶属度函数种类选择高斯函数。

输入量的模糊集都定为 5 个：其中水位误差定为高、较高、合适、较低、低五等；参数分别为:[1.062 -5]、[1.062 -2.5]、[1.062 0]、[1.062 2.5]、[1.062 5] 设计水位误差模块 3．设误差变化的论域为[-0.5 0.5]，隶属度函数种类选择高斯函数。输入量的模糊集都定为 5 个：误差变化分为大、较大、合适、较小、小五等; 参数分别为:[0.1062 -0.5]、[0.1062 -0.25]、[0.1062 0]、[0.1062 0.25]、 [0.1062 0.5]

设计误差变化模块 4．阀门的开关速度论域为[-5 5]，隶属度函数种类选择三角函数。阀门的开关速度定为 5 等：快关、慢关、不动、慢开、快开。参数分别为[-7.25 5 -2.5]、[-5 -2.5 0]、[-2.5 0 2.5]、[0 2.5 5]、[2.5 5 7.25]。 5．设置模糊规则：打开 Ruel Editor 窗口，通过选择添加模糊规则：这 21 条规则的权重都为 1. 设计输出模块 (1) if(水位误差 is 高)and(误差变化 is 大)then(阀门开关速度 is 快关) (2) if(水位误差 is 高)and(误差变化 is 较大)then(阀门开关速度 is 快关) (3) if(水位误差 is 高)and(误差变化 is 合适)then(阀门开关速度 is 慢关) (4) if(水位误差 is 高)and(误差变化 is 较小)then(阀门开关速度 is 慢关) (5) if(水位误差 is 高)and(误差变化 is 小)then(阀门开关速度 is 慢关) (6) if(水位误差 is 较高)and(误差变化 is 大)then(阀门开关速度 is 快关) (7) if(水位误差 is 较高)and(误差变化 is 较大)then(阀门开关速度 is 快关) (8) if(水位误差 is 较高)and(误差变化 is 合适)then(阀门开关速度 is 慢关) (9) if(水位误差 is 较高)and(误差变化 is 较小)then(阀门开关速度 is 慢关) (10)if(水位误差 is 较高)and(误差变化 is 小)then(阀门开关速度 is 慢关) (11)if(水位误差 is 合适) then(阀门开关速度 is 不动) (12)if(水位误差 is 较低)and(误差变化 is 大)then(阀门开关速度 is 快开) (13)if(水位误差 is 较低)and(误差变化 is 较大)then(阀门开关速度 is 快开) (14)if(水位误差 is 较低)and(误差变化 is 合适)then(阀门开关速度 is 慢开) (15)if(水位误差 is 较低)and(误差变化 is 较小)then(阀门开关速度 is 慢 (16)if(水位误差 is 较低)and(误差变化 is 小)then(阀开)门开关速度 is 慢开) (17)if(水位误差 is 低))and(误差变化 is 大)then(阀门开关速度 is 快开) (18)if(水位误差 is 低))and(误差变化 is 较大)then(阀门开关速度 is 快开) (19)if(水位误差 is 低))and(误差变化 is 合适)then(阀门开关速度 is 慢开)

(20)if(水位误差 is 低))and(误差变化 is 较小)then(阀门开关速度 is 慢开) (21)if(水位误差 is 低))and(误差变化 is 小)then(阀门开关速度 is 慢开) 6．通过曲面观察器，可以清晰的看见水箱液位模糊推理的输入输出关系。添加、修改模糊规则 7．通过规则观察器可以清晰的查看对具体输入的模糊推理及输出情况。其输入输出关系如下表： Surface Viewer

Rule Viewer 5. 对 SIMULINK 模型控制系统的构建构建好的水箱水位模糊控制系统模型

模糊控制器系统的输出结果输出波形

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