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最优控制与智能控制基础文献总结报告

基于模糊控制的单容水箱液位控制系统

学生姓名：

班级学号：3134110

任课教师：段洪君

提交日期：2016.06.22

成绩：

1研究背景及意义

液位是过程控制中的一个重要参数，它对生产的影响不容忽视。为保证生产的

安全和高效，有必要进行先进的液位控制方法和策略的研究与开发[2]。为了保

证安全生产以及产品的质量，对液位进行及时有效地控制是非常必要的。水箱液

位控制是液位控制中的一个主要问题，它在工业过程中普遍存在，具有代表性且

非常实用[3]。液位控制的策略对液位精度有着重要的影响，因此，根据不同的

需要选择适当的控制算法极为重要[4]。模糊控制作为一种典型的智能控制方

法，因其不依赖于过程模型、鲁棒性好、抗干扰能力强等优点而备受关注。目前

模糊控制的理论研究较为深入，但模糊控制的应用尚不成熟。本文将模糊控制理

论应用于过程控制装置的单容水箱液位控制系统的设计中，实现对单容水箱的液

位模糊控制。

2液位模糊控制的研究现状

2.1研究现状

我们的过程控制实验装置是基于工业过程物理模拟对象，集自动化仪表技术、

计算机技术、通信技术、自动控制技术为一体的多功能实验装置，包括流量、温

度、液位、压力等热工参数。过程控制系统的被控对象包括上位水箱、中位水

箱、下位水箱，控制装置有传感器、调节阀、交流变频器、流量传感器、调节器

等。本文所论述的液位模糊控制系统构造如下：

①被控对象为上单容水箱；

②采用液位传感器扩散硅压力变送器感测上位水箱和中位水箱液位，仪表变送器

通电预热后分别在零压力和满量程压力下检查输出电流值。在零压力下调整零

点电位器，使输出电流为4mA，在满量程压力下调整量程电位器，使输出电流

为20mA。传感器精度为0.5级。因为二线制，故工作时需提供24V直流电源；

③采用电/气动调节阀作为执行机构，其输入信号气动为（0.02～0.1）MPa，

电动为0～10、4～20mA（带电/气阀门定位器）；

2.2水箱水位模糊控制器的建立

本章利用模糊数学工具及模糊控制理论知识，建立一个水箱水位模糊控制

器，水位模糊控制器可以设计为二维控制器，即输入量是水位误差和误差变化率，

输出量是阀门控制量，但由于过程计算量大，计算复杂所以此章仅采用一维系统，

即单输入——单输出统，较复杂的二维系统将在下一章里利用MUTLAB软件构建，

并仿真。图2—1为水位模糊控制系统的基本结构。

图2-1水位模糊控制系统

2.2.1输入输出语言变量语言值的选取及其赋值表

我们选取误差语言变量、控制语言变量的语言值为5个，即{PL，PS，O，

NS，NL}。

设误差、控制量语言变量的论域分别为X、Y，量化等级都为9个。有

X=Y={-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4}

图2—2给出了输入、输出语言变量的隶属函数。表2-1给出了语言变量的赋值

表

图2-2输入输出语言变量的隶属函数图

量化等级-4-3-2-101234

隶属度

语言值

PL00000000.51

PS000000.510.50

O0000.510.5000

NS00.510.500000

NL10.50000000

表2-