雙容水箱液位模糊控制

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1、雙容水箱液位模糊控制一、實驗?zāi)康????熟悉雙容液位控制系統(tǒng)的組成原理。????通過實驗進一步掌握模糊控制原理及模糊控制規(guī)則的生成。???了解量化因子和比例因子對控制效果的影響。????掌握解模糊方法及實現(xiàn)。二、實驗設(shè)備實驗對雙象為TKGK-1雙容液位系統(tǒng)TKGK-1型實驗裝置：GK-06、GK-07-2????萬用表一只????計算機系統(tǒng)三、實驗原理圖1雙容水箱液位模糊控制系統(tǒng)方框圖????圖1為雙容水箱液位控制系統(tǒng)?？刂频哪康氖鞘瓜滤涞囊何坏扔诮o定值，并能克服來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部擾動的影響。雙容水箱液位系統(tǒng)如圖2，該被控對象具有非線性

2、和時滯性，建立精確的數(shù)學(xué)模型比較困難；模糊控制不僅可以避開復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，通常還能得到比較好性能指標。模糊控制器的結(jié)構(gòu)圖如圖3。????模糊控制器的輸入為誤差和誤差變化率：誤差e=r-y，誤差變化率ec=de/dt，其中r和y分別為液位的給定值和測量值。把誤差和誤差變化率的精確值進行模糊化變成模糊量E和EC，從而得到誤差E和誤差變化率EC的模糊語言集合，然后由E和EC模糊語言的的子集和模糊控制規(guī)則R（模糊關(guān)系矩陣）根據(jù)合成推理規(guī)則進行模糊決策，這樣就可以得到模糊控制向量U，最后再把模糊量解模糊轉(zhuǎn)換為精確量u，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為模擬量去控制執(zhí)

3、行機構(gòu)動作。圖3模糊控制器組成原理圖模糊量化：根據(jù)精確量實際變化范圍[a,b]，合理選擇模糊變量的論域為[-n,n]，通過量化因子k=，將其轉(zhuǎn)換成若干等級的離散論域，如七個等級為{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}，簡寫為{NB,NM,NS,O,PS,PM,PB}。確定模糊子集的隸屬函數(shù)曲線。一般常采用三角形、梯形和正態(tài)分布等幾種曲線。然后由隸屬函數(shù)曲線得出模糊變量E、EC、U的賦值表。????根據(jù)經(jīng)驗，E模糊子集的隸數(shù)度函數(shù)取正態(tài)分布曲線，則賦值表見表一：表一：變量E隸屬函數(shù)賦值表E-6-5-4-3-2-10123456NBNMN

4、SOPSPMPB1.00.3000000.70.60.100000.41.00.200000.20.60.500000.10.31.00.100000.10.50.40.100000.21.00.200000.10.40.50.100000.11.00.30.100000.50.60.200000.21.00.400000.10.60.7000000.31.0模糊控制規(guī)則：模糊控制規(guī)則是操作經(jīng)驗和專家知識的總結(jié)，是進行模糊推理的依據(jù)。在設(shè)計模糊控制規(guī)則時，必須考慮控制規(guī)則的完備性、交叉性和一致性。既保證對于任意給定的輸入，均有相應(yīng)的控制規(guī)

5、則起作用；控制器的輸出值總是由數(shù)條控制規(guī)則來決定；控制規(guī)則中不存在相互矛盾的規(guī)則。在總結(jié)專家經(jīng)驗和過程知識的基礎(chǔ)上，可以得到如表二的控制規(guī)則表：????模糊推理：模糊推理是模糊控制器的核心，模糊控制系統(tǒng)目前常采用的有：CRI推理的查表法、CRI推理的解析法、Mamdani直接推理法、后件函數(shù)法等。本實驗可采用Mamdani直接推理法。Mamdani推理法是先求出模糊關(guān)系R，再根據(jù)輸入求出控制量，把控制量清晰化，可得控制查詢表.?????本試驗設(shè)計了容量為7×7條控制規(guī)則表，這個規(guī)則表可以用27條模糊條件語句來描述：????如：ifEl=N

6、BandEf=NBthenU=PS，對應(yīng)的模糊關(guān)系：R1=A1×B1×C5????根據(jù)Ri(i=1,2,…27)可以得到綜合模糊矩陣R。如下計算模糊關(guān)系矩陣R:????R=R1∪R2∪…R27????E和EC對應(yīng)的模糊變量為和，此時可由下式求出:U*=(A*×B*)R???式中：——表示求合成運算.????解模糊：可采用常用的重心法進行解模糊運算。表二控制規(guī)則表?NB?NM?NS?O?PS?PM?PBNBNMNSOPSPMPBPSNSNMNBNBNBNBPSPSNSNMNMNBNBPSPSONSNSNMNMPSPSOOONSNSPMPMP

7、SPSONSNSPBPMPMPMPSPSNSPBPBPMPMPMPSNS四、實驗步驟????1.按圖1連成控制系統(tǒng)圖。其中被控對象為下水箱，被控制量為液位高度，控制器由計算機系統(tǒng)組成，接口的驅(qū)動已在“計算機控制系統(tǒng)”試驗中完成，這里不再贅述。???2.啟動工藝流程并開啟相關(guān)儀器，調(diào)整傳感器輸出的零點與增益。???3.運行模糊控制程序，并輸入?yún)?shù)，記錄試驗數(shù)據(jù)和控制曲線。???4.修改模糊控制規(guī)則，重復(fù)步驟3。???5.待系統(tǒng)穩(wěn)定后，加手動擾動，觀察系統(tǒng)的動態(tài)變化，并記錄結(jié)果。五、實驗報告要求???1.給出模糊控制器的設(shè)計過程和程序清單??

8、?2.建立EC的隸數(shù)度函數(shù)賦值表???3.建立控制查詢表???4.記錄試驗數(shù)據(jù)和曲線???5.分析試驗結(jié)果六、思考題????1．如果輸入變量離散論域分為五個等級，對計算和控制效果有什么影響？?