水箱液位的模糊控制
模糊控制案例001
10) 11) 12) 13) 14) 15) 16) 17) 18) 19)
If E=Z and EC=PB or PS then U=PS If E=Z and EC=Z then U=Z If E=NS and EC=NB or NS then U=Z If E=NS and EC=Z or PS then U=PS If E=NS and EC=PB then U=PM If E=NM and EC=NB then U=PS If E=NM and EC=Z or NS then U=PM If E=NB and EC=NS or NB then U=PM If E=NM and EC=PB or PS then U=PB If E=NB and EC=Z or PS or PB then U=PB
以不是，甚至可以不是一个整数，经变
换后，是基本论域上的元素。
• 模糊控制的特点 所谓的模糊控制，既不是指被控制的 对象是模糊的，也不是模糊控制器是不确 定的，模糊控制有着自己的一套精确的理 论和算法。所谓的模糊是指在表示知识， 概念上的模糊性。虽然模糊控制器的算法 是通过模糊语言描述的，但它所完成的是 一项完全确定性的工作。
表4 模糊控制规则表格
E Ai
U Ck EC Bj
A1 PB
NM C6 R2 NB C7
A2 PM
NS C5 R4 NM C6 R5 NB C7 R3
A3 PS
Z C4 R6 NS C5 R7 NM C6 R6
A4 Z
PS C3 R10 Z C4 R11 NS C5 R9
A5 NS
PM C2 R14 PS C3 R13 Z C4 R12
A6 NM
PB C1 R18 PM C2 R16 PS C3 R15
双容水箱模糊控制规则
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。
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。
基于模糊PID的三容水箱液位控制系统应用研究的开题报告
基于模糊PID的三容水箱液位控制系统应用研究的开题报告一、研究背景和意义在现代产业中，水箱具有重要的作用，是一种常用的储水设备。
水箱液位控制技术的发展，对于保障工业生产的正常运行、降低能源的消耗和延长水箱的使用寿命都具有重要作用。
目前，水箱液位控制主要采用经典PID控制算法进行控制，但是由于水箱液位受多种因素影响，导致水箱液位变化不稳定，因此，传统的PID控制算法无法满足对水箱液位控制的精准度和鲁棒性的要求。
模糊控制可以处理系统模型模糊、误差信号模糊的情况，是一种非线性、模型无关的控制方法，具有较好的鲁棒性和适应性，在实际应用中得到了广泛的应用。
如何将模糊控制应用于水箱液位控制系统中，是当前研究的热点之一。
本研究将采用基于模糊PID控制算法的水箱液位控制系统，通过建立水箱液位控制模型，根据模型的特性采用模糊PID控制策略，实现水箱液位的自动控制，提高水箱液位控制的精准度和鲁棒性。
二、研究内容和方法本研究的主要研究内容和方法如下：1. 系统建模：建立三容水箱液位控制系统的数学模型，包括水箱的物理模型和控制系统的数学模型。
2. 控制算法设计：根据水箱液位的特性和传统PID控制算法的不足，设计基于模糊PID控制算法的控制策略。
3. 系统仿真：利用MATLAB/Simulink仿真工具，建立水箱液位控制系统的仿真模型，进行系统仿真，验证系统的控制效果。
4. 实验研究：通过实验平台，在实际的水箱液位控制系统中验证模糊PID控制算法的控制效果，与传统PID控制算法进行比较。
三、预期研究成果和意义本研究的预期研究成果和意义如下：1. 建立基于模糊PID控制算法的三容水箱液位控制系统研究模型，为水箱液位控制系统的研究提供了一种新的思路和方法。
2. 设计和实现了基于模糊PID控制算法的水箱液位控制系统，并进行了实验验证，实验表明，该算法在水箱液位控制方面具有比传统PID 控制算法更好的控制效果。
3. 本研究的成果可以在实际的工程应用中，提高水箱液位控制的精准度和鲁棒性，为提高工业生产效率和节省能源做出贡献。
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。
模糊控制算法在水箱液位控制系统中的应用毕业论文
模糊控制算法在水箱液位控制系统中的应用毕业论文目录摘要 (I)ABSTRACT...................................................... I I 1 绪论. (1)1.1课题研究的背景与意义 (1)1.2模糊控制产生的背景与意义 (1)1.3液位控制系统研究的意义 (2)1.4本论文研究的主要容 (3)2 液位控制系统的分析与建模 (4)2.1引言 (4)2.2液位控制系统控制对象及控制策略 (5)2.3被控对象的分析与建模 (6)2.4本章小结 (8)3 控制算法研究 (9)3.1模糊控制算法 (9)3.1.1 模糊控制的产生及发展 (9)3.1.2 模糊控制的特点 (10)3.1.3 模糊控制的基本概念 (10)3.1.4 模糊控制的基本理论 (14)3.2本章小结 (18)4 模糊控制算法在水箱液位控制中的应用 (19)4.1PID控制在双容水箱液位控制系统中的仿真研究 (19)4.1.1 PID控制算法 (19)4.1.2 PID参数对系统性能的影响 (21)4.1.3 PID参数的整定方法 (21)4.2模糊自整定PID在双容水箱液位系统中的应用 (25)4.2.1 模糊PID控制器的设计 (25)4.2.2 模糊控制部分 (25)4.3仿真结果与分析 (29)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)1 绪论1.1 课题研究的背景与意义随着工业生产的飞速发展，人们对控制系统的控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高。
而实际工业生产过程中的被控对象往往具有非线性、时延的特点，应用常规的控制手段难以达到理想的控制效果，研究对非线性、时延对象的先进控制策略，提高系统的控制水平，具有重要的实际意义。
本文所提及的液位控制系统是一种可以模拟多种对象特性的实验装置。
该装置是进行控制理论与控制工程教学、实验和研究的理想平台，可以方便的构成多阶系统对象，用户既可通过经典的PID控制器设计与调试，完成经典控制教学实验，也可通过模糊逻辑控制器的设计与调试，进行智能控制教学实验与研究。
智能控制及MATLAB实现—水箱液位模糊控制仿真设计
智能控制及MATLAB实现—水箱液位模糊控制仿真设计智能控制是一种利用先进的智能技术和算法来实现自动控制的方法。
在智能控制中，模糊控制是一种常见且有效的方法之一、模糊控制通过将模糊逻辑应用于控制系统中的输入和输出，根据模糊规则来进行决策和控制。
水箱液位控制是一个典型的控制问题，常常用于工业和民用领域中的自动化系统。
在许多控制应用中，水箱液位的控制是一个关键的问题，因为它需要根据系统的液位情况来实现稳定的控制。
在模糊控制中，首先需要建立一套模糊规则系统，该系统包括模糊化、模糊推理和解模糊化这三个步骤。
模糊化是将实际输入转换为模糊集合的过程。
在水箱液位控制中，可以将液位分为低、中和高三个模糊集合。
通过将实际液位值映射到这些模糊集合中的一个，来表示液位状态。
模糊推理是根据一组模糊规则，将模糊输入转换为模糊输出的过程。
通过将输入和规则进行匹配，确定输出的模糊集合。
在水箱液位控制中，可以使用如下规则：如果液位低且液位变化小，则控制信号为增大水流量；如果液位高且液位变化大，则控制信号为减小水流量；如果液位中等且液位变化适中，则控制信号为不变。
解模糊化是将模糊输出转换为实际的控制信号的过程。
在水箱液位控制中，可以使用模糊加权平均值的方法来进行解模糊化。
通过将模糊集合和其对应的权重进行加权平均计算，得到最终的控制信号。
在MATLAB中，可以使用Fuzzy Logic Toolbox来实现水箱液位模糊控制仿真设计。
首先需要建立输入和输出的模糊化和解模糊化函数，然后根据实际的模糊规则，构建模糊系统。
最后通过设定输入的模糊值，使用模糊系统进行推理和解模糊，得到最终的控制信号。
总结起来，智能控制及MATLAB实现水箱液位模糊控制仿真设计包括建立模糊规则系统，进行模糊化、模糊推理和解模糊化三个步骤，通过Fuzzy Logic Toolbox来实现模糊控制系统的构建和仿真。
通过利用模糊控制的方法，可以实现水箱液位的自动稳定控制，并提高了控制系统的鲁棒性和适应性。
水箱液位模糊控制器仿真练习
水箱液位模糊控制器仿真练习水箱通过调节阀可向内注水和向外抽水。
设计一个模糊控制器，通过调节阀门将水位稳定在固定点附近。
图1 水箱液位控制1.输入量和输出量的模糊化将偏差e分为五级：负大（NB），负小（NS），零（O），正小（PS）,正大（PB）。
根据偏差e的变化范围分为七个等级：-3，-2，-1，0，+1，+2，+3。
表1 控制量变化划分表控制量u为调节阀门开度的变化。
将其分为五级：负大（NB），负小（NS），零（O），正小（PS），正大（PB）。
并根据u的变化范围分为九个等级：-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4。
表2 控制量变化划分表2.模糊规则的描述根据日常的经验，设计以下模糊规则：（1）“若e负大，则u正大”（2）“若e负小，则u正小”（3）“若e为0，则u为0”（4）“若e正小，则u负小”（5）“若e正大，则u负大”3.隶属度函数（1）输入（误差e）隶属函数（2）输出（控制量u）隶属函数4.仿真结果取偏差e=-3所得仿真结果如下：5.不同的隶属函数（1）输入（误差e）隶属函数（2）输出（控制量u）隶属函数6.仿真结果取偏差e=-3所得仿真结果如下：7.结果分析以上对输入（误差e）采用两个不同的隶属函数，第一个采用三角形隶属函数，第二个采用梯形隶属函数，从以上两个仿真结果可以看出，对于同样的输入e=-3，当使用三角形隶属函数时，其输出为u=-3.53, 当使用梯形隶属函数时，其输出为u=-3.05。
从图上还可以看出当采用梯形隶属函数时，对特定的元素所得到的隶属度会有较多机会为“1”，而用三角形隶属函数的隶属度较小。
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1、绪论
1.1 水箱水位系统概述
在能源、化工等多个领域中普遍存在着各类液位控制系统液。
各种控制方式在液位控制系统中也层出不穷，如较常用的浮子式、磁电式和接近开关式。
而随着我国工业自动化程度的提高，规模的扩大，在工程中液位控制的计算机控制得到越来越多的应用。
液位控制系统的检测及计算机控制已成为工业生产自动化的一个重要方面。
经典控制理论和现代控制理论的控制效果很大一部分取决于描
述被控过程精确模型的好坏，这使得基于精确数学模型的常规控制器难以取得理想的控制效果。
但是一些熟练的操作工人、领域专家却可以得心应手的进行手工控制。
因此基于知识规则的模糊控控制理论在其应用中就有了理论和现实意义
1.2模糊控制的概述
人工智能包括推理、学习和联想三大要素，它是采用非数学式子方法，把人们的思维过程模型化，并用计算机来模仿人的智能的学科。
许多科学家认为下一世纪生产力的飞跃寄托于人工智能技术，并认为人工智能的发展必将带来一次新的史无前例的技术革命，第五代计算机的研究充分体现了人类左脑的逻辑推理功能，而人工智能研究的下一步是模仿人类右脑的模糊处理功能。
人工智能将在逻辑推理计算机、模糊计算机和神经网络计算机这三者的基础上，由两个方面来实现，即：一是利用现有的计算机技术模拟人类的智能；二是利用一种全新的技术来实现信息处理的模糊化和网络化。
前者是实现人工智能
必需的先决条件；后者是实现人工智能的根本途径。
“模糊控制理论”是由美国学者加利福尼亚大学著名教授L.A.Zadeh于1965年首先提出，至今仅有20余年时间。
它以模糊数学为基础，用语言规则表示方法和先进的计算机技术，由模糊推理进行判决的一种高级控制策略。
它无疑是属于智能控制范畴，而且发展至今已成为人工智能领域中的一个重要分支。
其理论发展之迅速，应用领域之广泛，控制效益之显著，实为世人醒目关注。
特别是近一二年内，模糊控制与其他控制策略构成的集成控制，以及与神经网络相结合的模糊神经网络等得到迅速发展，更使诸多学者确信，它是一种全新的技术和高科技的发展方向。
“模糊控制”是近代控制理论中一种基于语言规则与模糊推理的高级控制策略和新颖技术。
它是智能控制的一个重要分支，发展迅速，应用广泛，实效显著，引人关注。
模糊控制比传统的PID等控制方法，在强时变、大时滞、非线性系统中的控制效果有着明显的优势。
将模糊控制技术应用于家电产品在国外已是很普遍的现象。
单片机是家用电器常用的控制器件，把二者结合起来，可是控制器的性能指标达到最优的目的。
基于模糊控制技术的单片机控制的电热水器，是对传统的电热水器开关控制的改造，具有达到设定温度时间短、稳态温度波动小、反应灵敏、抗干扰能力强、节省电能等优点。
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 3—1为水位模糊控制系统的基本结构。
压力传感器
设定
模糊控制器
反馈
M
控制量
图1水箱水位控制
已知系统的传递函数为：1/(10s+1)*e(-0.5s)。
假设系统给定为阶跃值r=30，系统初始值r0=0。
3.基于simulink的模糊控制器的仿真及其调试：
（1）启动matlab后，在主窗口中键入fuzzy回车，屏幕上就会显现出如下图所示的“FIS Editor”界面，即模糊推理系统编辑器。
（2）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。
（3）在FIS Editor界面顺序单击菜单Editor—Rules出现模糊规则编辑器。
本次设计采用双输入（偏差E和偏差变化量EC）单输出（U）模糊控制器，E的论域是[-6,6]，EC的论域是[-6,6]，U的论域是[-6,6]。
它们的状态分别是负大（NB）、负中（NM）、负小（NS）、零（ZO）、正小（PS）、正中（PM）、正大（PB）。
语言值的隶属函数选择三角形的隶属度函数。
控制规则选用Mamdain 控制规则。
该控制器的控制规则表如图所示：
Simulink仿真图如下：
在调试过程中发现加入积分调节器有助于消除静差，通过试凑法得出量化因子，比例因子以及积分常数。
Ke，Kec，Ku，Ki分别是：
3 ，2.5 ，3.5 ，0.27
4本章小结
根据仿真图像，我们能看出模糊控制具有响应速度快、适应性较强，即鲁棒性好、超调量小稳定时间较长等优点，显示出预期良好的稳态性能。
5结论
自20世纪40年代以来用计算机方法去研究系统的特性成为科学发展的时尚，在计算机上对构成的系统模型进行试验，为模型的建立和试验提供了巨大的灵活性和方便性，利用计算机，使得数学模型的求解变得更加方便、快捷和精确，能解决问题的领域也大大扩展。
水箱水位控制系统在工业中利用广泛，本文仅以一级系统作为仿真实例，并利用计算机辅助控制其实并不符合实用的设计原则，在工业中一般简单的水位控制系统是不采用计算机控制的，甚至多数都并不采用其他的电子设备控制，而是直接采用浮漂、杠杆等简单的机械结构就已足够应用了，但是随着工业的发展，一些深加工行业（如化工）需要采用多级水箱，另外一些应用（如能源行业）存在各输入输出量严重耦合现象，在这些复杂、庞大的系统面前，传统的机械结构
已不能满足要求，甚至传统的PID控制也已捉襟见肘。
因此利用模糊控制来实现水位控制的想法才能浮出水面，虽然本文用事倍功半的方法讨论了这个问题，但我认为其在此领域还是值得尝试的。