双容水箱液位模糊控制.docx
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双容水箱液位模糊控制
双容水箱液位模糊控制
一、实验目的
熟悉双容液位控制系统的组成原理。
通过实验进一步掌握模糊控制原理及模糊控制规则的生成。
了解量化因子和比例因子对控制效果的影响。
掌握解模糊方法及实现。
二、实验设备
实验对双象为TKGK-1双容液位系统
TKGK-1型实验装置:
GK-06、GK-07-2
万用表一只
计算机系统
三、实验原理
图1双容水箱液位模糊控制系统方框图
图1为双容水箱液位控制系统。
控制
的目的是使下水箱的液位等于给定值,并能克服来自系统内部和外部扰动的影响。
双容水箱液位系统如图2,该被控对象具有非线性和时滞性,建立精确的数学模型比较困难;模糊控制不
仅可以避开复杂的数学模型,通常还能得到比较好性能指标。
模糊控制器的结构图如图3。
模糊控制器的输入为误差和误差变化率:
误差e=r-y,误差变化率ec=de/dt,其
中r和y分别为液位的给定值和测量值。
把误差和误差变化率的精确值进行模糊化变成模糊
量E和EC,从而得到误差E和误差变化率EC的模糊语言集合,然后由E和EC模糊语言的的子集和模糊控制规则R(模糊关系矩阵)根据合成推理规则进行模糊决策,这样就可以得到模糊控制向量U,最后再把模糊量解模糊转换为精确量u,再经D/A转换为模拟量去控制
执行机构动作。
图3模糊控制器组成原理图
模糊量化:
根据精确量实际变化范围[a,b],合理选择模糊变量的论域为[-n,n],通过量化因
子k=&-企,将其转换成若干等级的离散论域,如七个等级为{负大,负中,负小,零,正
小,正中,正大},简写为{NB,NM,NS,O,PS,PM,PB}确定模糊子集的隶属函数曲线。
一般常采用三角形、梯形和正态分布等几种曲线。
然后由隶属函数曲线得出模糊变量E、EGU的
赋值表。
根据经验,E模糊子集的隶数度函数取正态分布曲线,则赋值表见表
表一:
变量E隶属函数赋值表
E
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
11
2
3J
4
5J
6
NB
1.0
0.7
0.4
0.2
0.1
0
0
0
0
0
0
0
0
NM
0.3
0.6
1.0
0.6
0.3
0.1
0
0
0
0
0
0
0
NS
0
0.1
0.2
0.5
1.0
0.5
0.2
0.1
0
0
0
0
0
O
0
0
0
0
0.1
0.4
1.0
0.4
0.1
0
0
0
0
PS
0
0
0
0
0
0.1
0.2
0.5
1.0
0.5
0.2
0.1
0
PM
0
0
0
0
0
0
0
0.1
0.3
0.6
1.0
0.6
0.3
PB
0
0
0
0
0一
0
0
0
0.1
0.2
0.4
0.7
1.0
模糊控制规则:
模糊控制规则是操作经验和专家知识的总结,是进行模糊推理的依据。
在设
计模糊控制规则时,必须考虑控制规则的完备性、交叉性和一致性。
既保证对于任意给定的
输入,均有相应的控制规则起作用;控制器的输出值总是由数条控制规则来决定;控制规则
中不存在相互矛盾的规则。
在总结专家经验和过程知识的基础上,可以得到如表二的控制规
则表:
模糊推理:
模糊推理是模糊控制器的核心,模糊控制系统目前常采用的有:
CRI推
理的查表法、CRI推理的解析法、Mamdani直接推理法、后件函数法等。
本实验可采用Mamdani直接推理法。
Mamdani推理法是先求出模糊关系R,再根据输入求出控制量,把
控制量清晰化,可得控制查询表.
本试验设计了容量为7X7条控制规则表,这个规则表可以用27条模糊条件语句
来描述:
如:
ifEl=NBandEf=NBthenU=PS,对应的模糊关系:
R1=A1XBIXC5
根据Ri(i=1,2,…27)可以得到综合模糊矩阵R。
如下计算模糊关系矩阵R:
R=R1UR2U・R27
E和EC对应的模糊变量为和,此时可由下式求出:
U*=(A*XB*沪R
式中:
——表示求合成运算.
解模糊:
可采用常用的重心法进行解模糊运算。
表二控制规则表
\eM
NB
NM
NS
O
PS
PM
PB
NB
PS
PS
PS
PS
PM
PB
PB
NM
NS
PS
PS
PS
PM
PM
PB
NS
NM
NS
O
O
PS
PM
PM
O
NB
NM
NS
O
PS
PM
PM
PS
NB
NM
NS
O
O
PS
PM
PM
NB
NB
NM
NS
NS
PS
PS
PB
NB
NB
NM
NS
NS
NS
NS
四、实验步骤
1.按图1连成控制系统图。
其中被控对象为下水箱,被控制量为液位高度,控制
器由计算机系统组成,接口的驱动已在“计算机控制系统”试验中完成,这里不再赘述。
2.启动工艺流程并开启相关仪器,调整传感器输出的零点与增益。
3.运行模糊控制程序,并输入参数,记录试验数据和控制曲线。
4.修改模糊控制规则,重复步骤3。
5.待系统稳定后,加手动扰动,观察系统的动态变化,并记录结果。
五、实验报告要求
1.给出模糊控制器的设计过程和程序清单
2.建立EC的隶数度函数赋值表
3.建立控制查询表
4.记录试验数据和曲线
5.分析试验结果
六、思考题
1.如果输入变量离散论域分为五个等级,对计算和控制效果有什么影响?
2.模糊控制达到稳态后,静差是否为零?
为什么?
Word文档
附:
双容水箱液位模糊控制的C语言程序
#include"graphics.h"
#include"conio.h"
#include"math.h"
#include"time.h"
#include"stddef.h"
#include"dos.h"
#include"stdio.h"
#include"process.h"
#include"bios.h"
intsampt,key,v;
staticfloatcy[600],cx[600],cs[6];
floatdatain,u,u1,e2,xset,i,Ku;
time_tstart,end;
unsignedchardat[6],data_in[5][4];
unsignedcharstat,data,data1;
inti1,j1;
main()
{
intj,m,ntr,T,NUM;
floatadin(),fuzzycontrol(),max,tr,t0;
voiddaout(),wct(),wtp(),wait();
intgdriver,gmode,kk;
floatx1,x2,x3;
char*t[]={"sampledvalue:
","setedvalue:
"};
char*tt1[]={"L","t"};
gdriver=VGA;
gmode=VGAHI;
initgraph(&gdriver,&gmode,"d:
\\tc'');
wait();
/*init*/
outportb(0x3fb,0x80);/*SETB0x3fb.7=1*/
outportb(0x3f8,0x0C);/*LSB=0CHBPS=9600*/
outportb(0x3f9,0x00);/*MSB=00H*/outportb(0x3fb,0x03);/*8DATA1STOPNO*/outportb(0x3fc,0x03);/*SETBDTR=0RTS=0*/outportb(0x3f9,0x00);/*SETIE=0*/star:
inportb(0x3f8);
while(!
((0x20&inportb(0x3fd))==0x20));
f_f5:
while(!
((0x20&inportb(0x3fd))==0x20));
outportb(0x3f8,0x66);
while(!
(inportb(0x3fd)&0x01));
data1=inportb(0x3f8);
while(!
(inportb(0x3fd)&0x01));
data=inportb(0x3f8);
if(data!
=0x35)
{gotostar;}
a_d:
while(!
((0x20&inportb(0x3fd))==0x20));
outportb(0x3f8,0x61);
while(!
(inportb(0x3fd)&0x01));data=inportb(0x3f8);
if(data!
=0x64)
{exit
(1);}adin();
daout(0);
printf("PleaseInput...\n");printf("\nSampt(3,4,5,6)=");
scanf("%d",&sampt);
printf("\nXset=");
scanf("%f",&xset);
printf("\nKu=");
scanf("%f",&Ku);
NUM=500;
setviewport(0,0,640,350,0);
clearviewport();
setbkcolor(3);
setcolor
(1);
cleardevice();
settextjustify(LEFT_TEXT,TOP_TEXT);
settextstyle(1,0,2);
settextjustify(0,2);
settextstyle(0,0,1);
outtextxy(410,20,t[1]);
outtextxy(410,40,t[0]);
line(37,85,40,80);
line(43,85,40,80);
line(585,287,590,290);
line(585,293,590,290);
for(j=1;j<9;j++)
{line(40,290-j*25,45,290-j*25);
line(40+j*50,285,40+j*50,290);
}
line(490,285,490,290);
line(540,285,540,290);
setlinestyle(0,0,3);
line(40,80,40,295);
line(35,290,590,290);
settextjustify(0,2);
settextstyle(1,0,1);
outtextxy(25,70,tt1[0]);
outtextxy(590,290,tt1[1]);
setcolor(4);
setlinestyle(0,0,1);
line(536,48,558,48);
wct(3,200.,14,88);
wct(3,150.,14,138);
wct(3,100.,14,188);
wct(3,xset*10.,14,288-(int)(xset*10.));
wct(3,50.,14,238);
wct(3,100.,135,300);
wct(3,200.,235,300);
wct(3,300.,335,300);
wct(3,400.,
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- 水箱 模糊 控制