基于WinCC和MATLAB的水位模糊控制系统设计.pdfVIP

学兔兔 第 4期 (总第 191期) 机 械 工 程 与 自动 化 NO．4 2015年 O8月 MECHANICAL ENGINEERING ＆ AUT0MAT10N Aug． 文章编号 ：1672—6413(2015)04—0183—02 基于WinCC和 MATLAB的水位模糊控制系统设计 朱建军 (吉林化工学院，吉林 吉林 132022) 摘要：结合西门子组态软件WinCC的可视化界面功能和MATLAB强大的工程计算能力，利用 OPC技术， 设计并实现 了WinCC与MATLAB之间通信 。作为客户端 的MATLAB与服务器端 WinCC之间的通信接 口， OPC较好地实现 了异构系统间的通信 ，详细描述 了其实现方法和具体步骤 ，达到了对象模型和控制器 的分 离构建，为控制系统的理论研究和设计提供 了有效的仿真平 台。 关键词 ：水位 ；模糊控制系统；WinCC；MATLAB 中图分类号 ：TP273 ．4 文献标识码 ：A 0 引言 器选用二维结构，如图2所示 。模糊控制器包括输入 液位控制对象具有非线性 、纯滞后、大惯性等特 量模糊化 、模糊推理和解模糊 3个部分 。图 2中，E和 点 ，常规控制方法往往难以满足控制要求 ，用经典 PID E 分别为液位偏差 e和偏差变化率 e模糊化后的模 控制器来实现控制时，其效果不理想 ，系统响应的调节 糊变量； 为解模糊化后的输出增量 ；K 、K 分别为e 时间较长。与传统控制方法相 比，模糊控制无需建立 和e的模糊量化因子 ；K 为输出变量 ,／／的比例因子。 数学模型，被控对象的特性和参数变化对控制质量的 影响较小，对于非线性和滞后对象采用模糊控制的效 果 比PID效果好，因此很适合液位过程控制。本文 以 水箱系统作为对象，采用 MATLAB进行后台控制策 略运算和数据处理，通过在 WinCC中的参数连接与 设置 ，实现组态的模拟仿真，这样 既能减少对硬件的 依托 ，又能较好地监控对象的实时运行状态 ，在实际教 学实验中有着很好的应用前景 。 图 2 j匿位控制 系统的模糊控制模块 图 1 液位控制系统的组成 2．2 模糊论域 水箱液位控制系统的被控对象一般包括上水箱液 根据实验情况，确定输入和输出的论域，要求液位 位 、中水箱液位和下水箱液位 ，控制 的 目的是使水箱液 的偏差E的范围为[一15，+15]，偏差变化率 E 的范 位在某一给定值上下较小范围内变化 。本文选用的控 围为[一0．1，+O．1]。模糊控制器的输出用来控制阀 制对象为下水箱液位 ，其控制系统结构如图 1所示 。 门的开度 ，它的范 围为0Ao～100 。 2．3 变量设置 液位和流速变量的设置包括值的范围、模糊子集 和隶属度函数的数量和分布。为了简化模糊控制器 的 计算 ，输入变量 e和e 以及输出变量 的隶属度 函数 都选用 5种等三角形的隶属度函数，分别为NB、NS、 ZE、PS和 PB。