模糊PID控制在液位控制中的应用(2)

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实际上决定了控制系统的性能及控制效果。 模糊控制也有缺陷:

(1)以前，模糊控制规则完全是凭操作者的经验或专家知识获取的，这并不能保证规则的最优或次最优，达到最佳控制的目的; (2)规则的获取没有系统的步骤可以遵循;

(3)在控制过程中，外界突加干扰，参数大幅度变化，原来总结的经验和规则不够等因素，都会严重影响控制质量。

1.2液位控制系统实验装置及其控制策略

1.2.1水箱液位控制系统简介

水箱液位控制系统实验装置是基于工业过程的物理模拟对象，它是集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术为一体的多功能实验装置。根据自动化及其它相关专业教学的特点，吸收了国内外同类实验装置的特点和长处后，经过精心设计，多次实验和反复论证，推出了这一套全新的实验装置。该系统包括流量、液位、压力等参数，可实现系统参数辨识、单回路控制、串级控制、前馈-反馈控制、比值控制、解藕控制等多种控制形式。

系统的水箱主体由蓄水容器、检测组件和动力驱动三大部分构成。水箱1,2,3和储水箱是用来蓄水的容器;检测液位可以采用压力传感器或者浮漂加滑动变阻器两种方案来实现液位高度数字量的采集，采用电动调节阀用来进行控制回路流量的调节。整个系统通过不锈管道连接起来，储水箱为三个水箱提供水源，通道阀门开启时，水可以被分别送至三个水箱。三个水箱底部均有两个出水管道，其中装有手动阀的管道是控制系统的一部分，也可以手动调节阀门开度用来做漏水干扰的控制实验;另外一个直通管道则是在水箱液位达到最大值时经由它流至储水箱，以防止水箱里的水溢出水箱。 除了上述的控制对象组件，另外还有一个智能仪表综合控制台和一台计算机，这三个部分才构成了完整的液位控制系统实验装置。仪表综合控制台作为系统的电气部分，主要由三部分组成:电源控制屏面板、仪表面板和I/O信号接面板。该控制台通过插头与对象系统连接，结合实验装置水箱主体中应用到的不同组件对象，实验操作员可以自行连线组成不同的控制系统，从而实现几十种过程控制系统的实验。计算机用于采集控制

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台中的电流、电压信号，使用MCGS组态软件系统构造和生成上位机监控系统，并且与系统控制对象中的电动调节阀配套使用，组成最佳调节回路。

利用水箱液位系统实验装置中各个组件的不同组合情况，可以构成多种不同功能的实验系统。例如，开启与水箱1连接的电动调节阀以及其底部管道的手动阀，关闭水箱2、水箱3通道的所有阀门，关闭水箱1、水箱2和水箱3间的连接阀，这时就可以做单容水箱特性的实验。基于此，也可以打开与水箱2的连接阀和水箱2的出水阀，关闭水箱1出水阀，这样，就构成了双容水箱特性实验。本文主要研究双容水箱系统相关特性，根据本课题研究内容，需要打开储水箱与水箱1、水箱2连通的管道阀门，关闭与水箱2与水箱3连通的阀门，同时关闭水箱1和水箱3底部的出水阀，打开水箱2底部出水阀。这样，就得到了如图1-1所示的双容水箱结构示意图。其中，三个水箱截面积为A,水箱2出水孔截面积为An, hl, h2和h3分别为水箱1 (T1)、水箱2 (T2)和水箱3 (T3)的液位，hmax是最高液位。

图1.1 水箱液位系统结构示意图

实验系统的检测装置:

采用浮漂和滑动变阻器实现对水箱液位的采集和D/A转换。 实验系统的执行机构:

电动调节阀:采用智能型电动调节阀，用来进行控制回路流量的调节。电动调节阀型号为:QSVP-16K。具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控

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制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点，控制信号为4-20mA DC或1-5V DC，输出4-20mA DC的阀位信号，使用和校正非常方便。 1.2.2液位控制系统控制对象及控制策略

工业生产过程中的液位控制必须具有可靠的稳定性才能保证生产的正常，水箱系统控制的难点集中在对水箱的液位高度h的控制上，本文在双容水箱系统中讨论水箱1的液位控制，控制策略的研究工作也就是围绕它进行的。

传统PID调节已经不适合像液位控制系统这样的非线性、时变、多变量祸合的复杂系统。而模糊控制则以其响应速度快、鲁棒性强等特点脱颖而出，在液位控制系统控制中得到比较广泛的应用。但是，基本模糊控制器也有其缺点。首先，基本模糊控制器相当于PD控制，它不具备I(积分)作用，因此基本模糊控制器的稳态性能又不如传统PID控制器的稳态性能好;其次，基本模糊控制器的推理合成过程计算量大，信息损失严重，且模糊控制表的在线修改不方便。基于这些原因，人们针对模糊控制器的种种不足，又吸收融合了其它一些控制思想的优点，将基本模糊控制器加以改进，推出了多种改进型模糊控制器。例如:为了使模糊控制器得到比较好的稳态性能而推出了模糊PID双模控制器，为了能在线得到模糊控制器的最佳参数而推出了自适应模糊控制器(本文采用的正是这种控制器)、神经元模糊控制器和自寻最优模糊控制器，为了使模糊控制器对大滞后系统也能取得良好控制效果而推出Smith预估模糊控制器，为了便于模糊控制规则的修改而推出模糊数模型模糊控制器和带修正因子的模糊控制器。模糊控制技术的发展使模糊控制理论更加迎合控制场合的要求，使得模糊控制技术得到更广泛的应用。

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2 液位控制系统结构及其建模

2.1水箱系统的结构

水箱液位控制系统有多种系统结构，其中液位控制系统液位控制系统由水箱主体、检测元件(液位传感器)、潜水泵、数据采集卡及工控计算机(内有ISA总线插槽)构成，总体结构的原理图如图2-1所示。水箱主体由三个圆柱型玻璃容器、一个回收水槽、两个连接阀门、三个泄水阀门及两个调整进水阀门的步进电机和连接构件组成。 三个玻璃容器Tankl(Tl), Tank2(T2)和Tank3(T3)通过两个连接阀门CV1和CV2依次连接。三个容器分别通过泄水阀门LV1, LV2和LV3排出容器里的水，排出的水流进下面的回收水槽中，用来供潜水泵使用，潜水泵抽出的水通过两个进水阀门(见图2.1中的阀门1和阀门2)进入容器T1和T3，这样就构成了一个封闭的回路。

图2.1液位控制系统液位控制实验装置

三个容器上各装有一个由浮漂和滑动变阻器组成的自制的液位传感器作为测量元件，用来测量液位。两个进水阀门通过两个步进电机的转动控制其开度，达到调节进水流量的目的。计算机通过数据采集卡完成从液位传感器采集的电信号的A/D转换，同时通过PC机自带的并行端口输出脉冲给步进电机的驱动器，驱动步进电机，带动步进电机所连接的进水阀门从而调节进水流量，执行各种控制算法。三个泄水阀门LV1, LV2和LV3可以保证实验结束后完全放掉容器中的水。

由于水箱液位对象具有惯性特性，因此可以通过连接阀门和泄水阀门的组合，由这

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三个水箱的串接来模拟具有一阶、二阶、三阶惯性加纯滞后的过程对象;更可以实现该装置的一个典型工作状态一双入双出非线性对象。同时由于有泄水阀门LV1, LV2和LV3的存在，通过它们的组合，可以在 …… 此处隐藏：1790字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……