双容水箱模糊控制规则
水箱液位模糊控制
水箱液位模糊控制器的设计1.水箱液位控制系统已知一个容器中液体的流出是随机变化的，无法建立它的数学模型。
但是，通过人工控制进液阀门的开度和进液流速，却能调节容器中液位的高低，保持液位恒定。
根据人工操作经验，我们已经归纳出如下保持液位恒定的操作规则：①如果液位偏低，则快开阀门；②如果液位正好，则阀门开度不变；③如果液位偏高，则快关阀门；④如果液位正好而进液流速慢，则慢关阀门；⑤如果液位正好而进液流速快，则慢开阀门。
图1-1 水箱液位控制系统原理图为此，我们可以设计如图1-2所示的双输入--单输出模糊控制系统：k 1k 2D/FD/F RF/D 控制对象k u 模糊控制器u e ec图1-2 二维模糊控制系统原理框图模糊控制器的两个输入变量分别为液位差e （设定液位高度r -实测液位高度M模糊控制器反馈 压力传感器控制量设定y）和液位差变化率ec（单位时间内的偏差改变量），输出模糊变量为u。
输入变量e和ec、输出变量u的论域、覆盖变量论域的模糊子集明朝、隶属度函数类型及拐点参数等，初步设定为表1-1所列的数值。
表1-1 覆盖输入变量、输出变量的模糊子集设定值2.构建模糊控制器的FIS结构文件2.1编辑出名称为“tank”的液位模糊控制系统FIS启动Matlab后，在主窗口中键入fuzzy回车，进入“FIS Editor”编辑器界面，完成下列任务：①增加一个输入变量；②将输入、输出变量的名称分别改成e、ec和u；③将这个FIS文件名定为“tank”并予以存盘。
得出如图2-1所示的FIS编辑器界面。
图2-1 液位模糊控制FIS编辑器2.2 编辑覆盖输入、输出变量的模糊子集在图2-1所示的FIS编辑器上，单机输入变量e模框，按表1-1列出的数据编辑e、ec和u的模糊子集。
在FIS编辑器界面上，双击输入量或输出量模框中的任何一个，都会弹出隶属函数编辑器，简称MF编辑器。
在MF编辑器界面上，单击“变量模框索引区”中待编辑变量的小模框，使其边框变粗、变红，则界面下部“当前变量区”内就显示该变量的性态，以供编辑。
二容水箱的模糊自适应PID控制研究
Ｌ ｎ ｈ ｕ７ Ｏ ７ ｉａ ａ ｚ ｏ ３ ０ ０Ｃｈｎ ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｏ ‘ ｈ － ｏｎ ａ ｎ ｒ ｗａ ｅ ａ ｋ ｅ ｐ ｒ ｍｅ ｔｓ ｓｅ ｗｉ ｕ ｓ ｒ ｃ ：Ｆ ，ｔ ｅ ２ ｃ ｔ ｉ ｅ ｔ ｒｔ ｎ ｘ ｅ ｉ ｎ ｙ ｔ ｍ ｔ ｌ ｍｐ ｎ ａ ｎ ｏ ｌｎ ａ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ａ ｆ ｚ ｙ ａ ｐ ｉ ｅ ＰＩ ｈ ｉ ｇ ｌ ｇ ａ ｄ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｓｉ ． ｕ ｚ ｄａ ｔ Ｄ ｖ ｃ ｎ ｒ ｌ ｐ ｒ ａ ｈ ｉ ｐｕ ｏ ｗａ ｄ Ｉ ｈ ｓａ ｐ ｏ ｃ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｌｏ ｕ ｚ ｄ ｐ ｉ ｅ Ｐ Ｄ ａ ａ ｌ ｔ ｒ ｓｄ ｓｇ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔｏ ｏ ｔｏ ｐ ｏ ｃ ｓ ｔ ｒ ｒ ． ｎ ｔ ｉ ｐ ｒ ａ ｈ， ｈ ｏ ｔｏ ｌ 。 ｆｆ ｚ ｙ ａ ａ ｔｖ Ｉ ｐ ｒ ｎ ｅ ｅ ｓｉ ｅ ｉ ｎ ｄ ｈ ｏｎ ｒ ｌ ａ ｆ ｅ ａ ｉｈ ｅ ｉ ｓｄ ｄ ｃ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ｇ ａ ｉ ａ ｌ ｂ ｉ ｗｒｔ ｎ Ｆ ｎ ｌ ， ｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｉ ｅｈ ｄ ｉ ｒ ｔ ｎ ｌ ｙ ｒｔ ｍ ｔ ｉ ｅ ｕ ｅ ， ｎ ｈ ｏ ｔｏ ｏ ｒ ｍ ｎ ｍ ｔ ｓ ｉ ｅ ． ｉ ａ ｌ ｔ ｅｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｓｍ ｔ ｏ ｓ ａ ｉ ａ ｉ ｃ ｐ ａ ｔ ｙ ｓ ｏ ｔ
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一种双容水箱液位系统的状态反馈控制方法
一种双容水箱液位系统的状态反馈控制方法双容水箱液位系统是指系统中有两个水箱，通过管道相连，其中一个作为主水箱，另一个作为辅助水箱。
液位系统的控制是指通过控制系统对水箱中的液位进行监测和调节，以确保系统稳定运行。
状态反馈控制方法是指通过对系统状态进行实时监测和反馈，对系统进行控制。
双容水箱液位系统常常用于工业生产中的液位控制，例如用于控制锅炉的水位或者蒸汽发生器的水位。
在这种系统中，液位的精确控制是非常重要的，可以保证系统的安全运行和生产的稳定性。
传统控制方法主要是指经验法则和经验参数的调节，常见的方法包括比例控制、积分控制和微分控制。
其中比例控制通过测量水箱的液位并与给定的水位进行比较，从而调节控制阀的开度，使得水位保持在设定值附近。
而积分控制则通过对比实际液位和设定值的差异进行累积，以消除静差。
微分控制则是通过对实际液位变化速率的测量进行控制，以增强系统的稳定性。
传统控制方法存在的问题是对于非线性系统难以准确控制，容易受到环境干扰和参数变化的影响，因此在实际应用中效果并不理想。
与传统控制方法相比，现代控制方法更加灵活和精确，典型的现代控制方法包括模糊控制、遗传算法控制和神经网络控制等。
模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，通过建立模糊规则来实现对系统的非线性控制。
遗传算法控制则是通过模拟生物进化过程中的优化机制，寻找最优的控制参数。
而神经网络控制利用人工神经网络的信息处理和学习能力，实现对系统的精确控制。
在双容水箱液位系统中，采用现代控制方法有以下几个优点：1. 对非线性系统的控制效果更好。
传统的比例积分微分控制方法对于非线性系统难以准确控制，而现代控制方法可以更好地适应系统的非线性特性，提高控制精度。
2. 对环境干扰和参数变化的鲁棒性更强。
现代控制方法可以通过对系统状态的实时监测和反馈，及时调整控制参数，以应对环境干扰和参数变化带来的影响。
3. 可以实现自适应控制。
现代控制方法可以通过对系统状态的实时监测和数据的学习，实现对系统的自适应控制，从而达到更好的控制效果。
双容水箱的模糊PID控制
双容水箱液位模糊串级控制系统的设计与MATLAB仿真薛松柏11.宿迁学院机电工程系，09自动化1班，20090704140摘要：液位控制是工业控制中的一个重要问题，针对液位控制过程中存在大滞后、时变、非线性的特点，为适应复杂系统的控制要求，人们研制了种类繁多的先进的智能控制器，模糊PID 控制器便是其中之一。
模糊PID控制结合了PID控制算法和模糊控制方法的优点，可以在线实现PID参数的调整，使控制系统的响应速度快，过渡过程时间大大缩短，超调量减少，振荡次数少，具有较强的鲁棒性和稳定性，在模糊控制中扮演着十分重要的角色。
本文先对双容水箱进行数学建模，将模糊控制和PID控制相结合，设计出了双容水箱液位模糊PID串级控制系统。
然后参照经验选取了合适的模糊控制规则和隶属度函数，设计了模糊控制器，建立了模糊控制表，供在线模糊控制查询使用。
最后应用MATLAB对双容水箱液位控制对象的常规PID串级控制系统和模糊PID串级控制系统进行了仿真比较，说明了模糊PID串级控制系统相对于常规PID串级控制系统，对于此设计具有明显的优越性。
关键字：PID控制；模糊控制；模糊PID串级控制；MATLAB仿真0 引言双容水箱液位控制系统，由于阀门的非线性、传输管道的纯滞后，用常规的PID控制不能取得满意的控制效果，而且双容水箱理论上的数学模型是很难建立的，所以用常规的PID控制更难取得满意的控制效果。
为此将模糊控制引入到双容水箱液位控制系统中来，根据人工控制的经验总结模糊控制的规律，用模糊控制和PID控制对双容水箱进行串级控制，可以取得满意的控制效果。
本文设计了双容水箱液位的模糊PID串级控制，用模糊控制和PID控制组成的双容水箱液位串级控制系统通过控制双容水箱的下液位，改善其控制性能，并借助MATLAB进行仿真，比较常规PID串级控制和模糊PID串级控制的性能。
1 双容水箱液位系统的组成双容水箱串级液位控制系统结构图如图 2.1所示。
模糊控制水箱液位调节
实验二：模糊控制水箱液位调节一实验目的1．掌握模糊控制的原理2．加强模糊控制在实践中的应用二实验器材装有Matlab软件PC电脑一台三实验原理模糊控制的基本原理：它的核心部分为模糊控制器，模糊控制器的控制规律由有计算机程序实现。
详见P32(模糊控制原理)。
四原代码clear allclose allq1=0; %定义第一个水箱的入水量q2=0; %定义第一个水箱的出水量q3=0; %定义第二个水箱的出水量q4=0; %定义第三个水箱的出水量b=1.4; %定义第一个水箱入水量的控制系数a1=8.6; %定义第一个水箱出水量的控制系数a2=8.6; %定义第一个水箱出水量的控制系数h1=100; %定义第一个水箱中水的初始高度h2=100; %定义第二个水箱中水的初始高度h3=100; %定义第三个水箱中水的初始高度v=119; %定义sin函数的系数s=190; %定义水箱底面积k=10; %定义开关控制量e=0; %定义误差e_1=0;ec=0;H=130; %定义第三个水箱的期望高度e=H-h1;a=newfis('fuzz'); %误差函数a=addvar(a,'input','e',[-25,25]);a=addmf(a,'input',1,'NB','zmf',[-25,-10]);a=addmf(a,'input',1,'PS','trimf',[-25,-10,0]);a=addmf(a,'input',1,'Z','trimf',[-10,0,10]);a=addmf(a,'input',1,'PS','trimf',[0,10,25]);a=addmf(a,'input',1,'PB','smf',[10,25]);a=addvar(a,'output','u',[0,100]); %控制量输出函数a=addmf(a,'output',1,'NB','zmf',[0,30]);a=addmf(a,'output',1,'NS','trimf',[0,30,50]);a=addmf(a,'output',1,'Z','trimf',[30,50,70]);a=addmf(a,'output',1,'PS','trimf',[50,70,100]);a=addmf(a,'output',1,'PB','smf',[70,100]);rulelist=[1 1 1 1;2 2 1 1;3 3 1 1;4 4 1 1;5 5 1 1];a = addrule(a, rulelist);for i=1:1:8000tt(i)=i; %时间轴q1=b*k; %第一个水箱的进水量q2=a1*sqrt(h1); %第一个水箱的出水量h1=h1+(q1-q2)/s; %第一个水箱中水的高度q3=a2*sqrt(h2); %第二个水箱的进水量h2=h2+(q2-q3)/4; %第二个水箱中水的高度q4=v*abs(sin(2.3*pi*i+0.35)); %第二个谁想的出水量h3=h3+(q3-q4)/s; %第三个水箱中的高度hh(i)=h3;k=evalfis(e,a);e=H-h3;endplot(tt,hh)五、插图。
水箱水位恒定的模糊PID控制(2)
4.3 模糊集选择及隶属函数设计（1）FC1模糊语言变量的设计：将变量E的语言值设定为8个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），负零（NZ），正零（PZ），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）。
将EC的语言值设定为7个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）；将输出变量ΔKp的语言值设定为7个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）并设定其隶属函数，如图4-6至4-8图4-6 FC1输入变量E的隶属函数图4-7 FC1输入变量EC的隶属函数图4-8FC1输出变量△Kp的隶属函数（2）FC2模糊语言变量的设计：将输入模糊变量E、EC和输出模糊变量ΔKi 的语言值都设定为7个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）。
模糊控制器FC2的输入输出模糊语言变量值隶属函数如图4-9至4-11图4-9 FC2输入变量E的隶属函数图4-10 FC2输入变量EC的隶属函数图4-11 FC2输出变量△Ki的隶属函数（3）FC3模糊语言变量设计：将变量E的语言值设定为6个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）。
将EC的语言值设定为7个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）；将输出变量ΔKd的语言值设定为7个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）并设定其隶属函数如图4-12至4-14图4-12 FC3输入变量E的隶属函数图4-13 FC3输入变量EC的隶属函数图4-14 FC3输出变量△Kd的隶属函数4.4 模糊规则集的设定参数Kp 、Ki 、Kd在不同的e 和ec 下的自调整要满足如下调整原则: (1) 当e 较大时,为加快系统的响应速度,防止因开始时e 的瞬间变大可能会引起的微分溢出,应取较大的Kp 和较小的Kd ,同时由于积分作用太强会使系统超调加大,因而要对积分作用加以限制,通常取较小的Ki值;(2) 当 e 中等大小时,为减小系统的超调量, 保证一定的响应速度, Kp 应适当减小;同时Kd 和Ki的取值大小要适中;(3) 当e 较小时,为了减小稳态误差, Kp 与Ki 应取得大些,为了避免输出响应在设定值附近振荡,同时考虑系统的抗干扰性能, Kd 值的选择根据|ec|值而定，ec较大时，Kd 取较小值，ec较小时，Kd取较大值，通常Kd 为中等大小。
【毕业论文】模糊PID控制技术在双容水箱液位控制中的应用与研究
摘 要双容水箱液位控制系统具有过程控制中动态过程的一般特点:大惯性、大时延、非线性，难以对其进行精确的控制，从而使其成为过程控制教学、试验和研究的理想实验平台。
因此，双容水箱液位控制系统在耦合非线性系统的监控和故障诊断算法的研究中得到了广泛的关注。
本课题首先分析了双容水箱液位控制系统工艺流程，在MPCE-1000实验系统上模拟双容水箱系统的基础上推导双容水箱的数学模型并在Simulink上进行仿真。
由于双容水箱是一个典型的非线性时变多变量耦合系统，用常规的控制手段很难实现理想的控制效果。
因此，引入模糊控制技术,将模糊控制与传统的PID控制结合，设计出模糊PID控制器，并进行Simulink仿真。
仿真结果表明，模糊PID控制器的控制效果比常规PID控制器的控制效果理想。
关键词:双容水箱，模糊PID，液位控制AbstractTwo-capacity water tank level control system is in the process control dynamic process of the general characteristics: large inertia, the time delay, non-linear, not their precise control, thereby making it a teaching process control, testing and research of the ideal experimental plat form . Therefore, the dual-capacity water tank level control system in the coupled non-linear system monitoring and fault diagnosis method in the study received widespread attention.The first issue of a dual-capacity water tank level control system and its mathematical modeling process.In experiments on MPCE-1000the basis of dual-capacity water tanks derived a mathematical model and simulation in Simulink on.Because of the capacity of water tanks is a typical multi-variable nonlinear time-varying coupling system,using conventional means of control difficult to achieve the desired effect of control.Therefore,the introduction of fuzzy control technology,fuzzy control with the traditional combination of PID control,designed fuzzy PID controller,and Simulink simulation.Key words：Two-capacity water tanks, fuzzy PID, Level Control第一章 前 言 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.1.1 选题背景 (1)1.1.2 研究意义 (2)1.2 本文的主要研究内容 (3)第二章 模糊PID控制与MPCE1000试验系统简介 (4)2.1 改善模糊控制系统的稳态性能 (4)2.1.1 FuzzyPID混合控制器 (4)2.1.2比例模糊PI控制器 (5)2.2 MPCE1000试验系统 (6)2.2.1 小型流程设备台 (6)2.2.2动态数字模型 (6)2.2.3 硬件自动测试 (6)第三章 模糊控制理论基础 (7)3.1 双容水箱液位控制系统的数学建模 (7)3.2 模糊自动控制的基本思想 (8)3.3 模糊控制特点 (10)3.4 模糊控制系统的组成 (11)3.5 模糊控制系统的设计 (12)3.5.1模糊控制器的设计原则 (12)3.5.2 模糊控制器的常规设计方法 (13)3.5.3模糊控制器组成 (14)3.6 模糊控制与PID 算法的结合 (16)第四章 双容水箱液位控制系统的仿真研究 (19)4.1 MATLAB 简介 (19)4.1.1 模糊逻辑工具箱 (19)4.1.2 SIMULINK 工具箱 (19)4.1.3 MATLAB 在模糊控制仿真中的应用 (19)4.2 模糊PID 双容水箱液位控制的仿真 (20)4.2.1 模糊控制器的simulink 仿真 (20)4.2.2 双容水箱液位控制的模糊PID 仿真 (33)4.3 对比与结论 (33)第五章 结论与展望 (35)5.1 研究工作总结 (35)5.2 展望 (35)参 考 文 献 (37)致 谢 (38)第一章 前 言1.1 研究背景及意义1.1.1 选题背景双容水箱液位的控制作为过程控制的典型代表是众多过程控制学者研究的热点之一。
双容水箱液位模糊串级控制系统的设计
第２ ５卷 第 ５期 ２１ ０ ２年 ９月 文 章 编 号 ：１０ — ６ ３ （０ ２ ５ １ ６ ０ ０ ２ ６ ７ ２ １ ）０ — ３ — ３
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Ａ ｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈｅ ｍｉｔ Ｉ ｃ ｔｏ ｏ ｂｎｅ Ｄ ｏ ｃ ｎ ｒ ｌｃｌｕ ａｅ ｗ ａ ｎｄ ｆｉｍ ｅｓｔ ｏ ｔｏ ｈｅ ａ ｖ ｎｔｇ ｅｈｏ ．ｔｅ ｓｅ ｄ ｔ ａ ｓｙ Ｐ Ｄ ｏｎｒ ｌｃ ｍ ｉ ｄ ＰＩ ｔ ｏ ｔｏ ａｃ ｌｔ ｖ ａ ａｎ ｓ ｏ ｃ ｎ ｒｌｔ ｄ ａ ａ ｅ ｏｆｍ ｔ ｄ ｈ ｐ ｅ ｈ ｔ
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双容水箱模糊控制规则
双容水箱模糊控制规则
引言
双容水箱是一种常见的水源供应系统，其通过两个容器间的自动切换来保证水源的持续供应。
在实际使用中，为了更好地控制水箱的切换和保障供水质量，需要采用模糊控制技术。
本文将对双容水箱模糊控制规则进行详细介绍。
一、双容水箱基本原理
1.1 双容水箱结构
双容水箱由两个相同的储水器和一个控制系统组成。
其中，每个储水器都有一个进口和一个出口，而控制系统则负责监测并调节两个储水器中的液位。
1.2 双容水箱工作原理
当一个储水器中的液位下降到一定程度时，控制系统会自动切换到另
一个储水器，并开启进口阀门将新鲜的自来水注入该储水器中。
同时，出口阀门会打开以保证该储水器中的液位不断上升。
二、模糊控制技术介绍
2.1 模糊控制原理
模糊控制是一种基于模糊逻辑理论的智能控制方法，其主要思想是将
模糊的输入量通过一定的规则转化为模糊的输出量，从而实现对系统
的控制。
2.2 模糊控制在双容水箱中的应用
在双容水箱中，模糊控制可以通过对液位、进出水流量等参数进行监
测和分析，从而实现对水箱切换和进出水阀门的精确控制。
三、双容水箱模糊控制规则
3.1 液位监测规则
液位监测是双容水箱模糊控制的基础。
在液位监测中，需要将液位高
度转化为模糊变量，并根据不同的液位高度设置相应的隶属函数。
例如：
- 高液位：隶属函数为“大”
- 中等液位：隶属函数为“中”
- 低液位：隶属函数为“小”
3.2 切换规则
当一个储水器中的液位下降到一定程度时，需要切换到另一个储水器。
此时，可以根据两个储水器中当前的液位高度以及进出水流量等参数
来确定是否需要切换。
例如：
- 当当前储水器中的液位低于“中”且另一个储水器中的液位高于“中”时，需要切换到另一个储水器。
- 当两个储水器中的液位都低于“小”时，需要启动进口阀门将新鲜的自来水注入当前储水器中。
3.3 进出水阀门控制规则
进出水阀门控制是双容水箱模糊控制的核心。
在进出水阀门控制中，
需要根据当前储水器的液位高度以及进出水流量等参数来精确控制进
出水阀门的开关状态。
例如：
- 当当前储水器中的液位高于“中”且进口流量大于等于出口流量时，
需要关闭进口阀门并打开出口阀门。
- 当当前储水器中的液位低于“中”且另一个储水器中的液位高于“小”时，需要关闭出口阀门并打开进口阀门。
四、总结
通过模糊控制技术对双容水箱进行精确控制可以有效提升供水质量和
节约用水。
在实际应用过程中，还可以根据不同场景和需求进行调整
和优化，以满足各种使用需求。