模糊PID控制水位系統(tǒng)

1、模糊PID 控制水位系統(tǒng)分析摘要： pid調(diào)節(jié)規(guī)律對建立精確數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)是非常有效的。但對于那些具有非線性、時變不確定性的控制對象，應(yīng)用傳統(tǒng)的pid調(diào)節(jié)器就難以實現(xiàn)有效的控制。文中提出了利用模糊pid控制技術(shù)，對水位進行控制，以使plc對不同模型參數(shù)的系統(tǒng)均具有較好的控制性能，實現(xiàn)對系統(tǒng)動靜態(tài)參數(shù)的最優(yōu)控制。abstract: pid regulating law is very effective for establishing a precise mathematical model control system. however, for those control objects

2、 with non-linearity, time-varying uncertainty, applying the traditional pid regulator would be difficult to achieve effective control. this paper proposed tocontrol the water level by using indistinct pid control technology, so that the plc has better control performance on the system of different m

3、odel parameters, to achieve optimal control of static and dynamic parameters of the system.關(guān)鍵詞： plc；模糊pid；模糊控制key words: plc；indistinct pid；indistinct control0 引言對于pid控制技術(shù)，其工作穩(wěn)定、可靠性高、魯棒性強，且易于接受。但是，工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到大時滯、強擾動、被控對象參數(shù)未知或是時變的系統(tǒng)，對這一類系統(tǒng)實施常規(guī)pid控制往往效果欠佳。本文采用模糊自適應(yīng)pid設(shè)計方法，根據(jù)人們要求的水位曲線，由計算機對系統(tǒng)進行監(jiān)控，依據(jù)模糊推

4、理判據(jù)，實現(xiàn)對任何一種模型參數(shù)的系統(tǒng)都能自動調(diào)整其pid參數(shù)，使輸出與水位曲線趨于一致，實現(xiàn)快速響應(yīng)特性與超調(diào)量最優(yōu)的統(tǒng)一。1 模糊控制原理模糊控制器是一種近年來發(fā)展起來的新型控制器，其優(yōu)點是不要求掌握被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，而根據(jù)人工規(guī)則組織決策表，且由該表決定控制量的大小。模糊控制或模糊自動控制系統(tǒng)是以模糊數(shù)學(xué)，即模糊集合論、模糊語言知識及模糊邏輯規(guī)則等作為理論基礎(chǔ)；以計算機控制技術(shù)、自動控制理論作為技術(shù)基礎(chǔ)的自動控制系統(tǒng)。模糊控制模仿人的思維方式，計算控制量時并不需要參數(shù)的精確量，而是以參數(shù)的模糊信息為基礎(chǔ)，通過模糊推理得到控制量的模糊形式，然后再經(jīng)過反模糊化處理輸出具體的控制量。其控制

5、方框圖如下圖1所示。2 控制系統(tǒng)本文的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示：液灌中的水通過水泵注入到液灌中，電腦通過plc和固態(tài)繼電器使水泵工作，液灌中的水位隨之持續(xù)上升。當(dāng)液灌中的水達到某一百分比時，水位變送器發(fā)出的信號通過plc在電腦中與設(shè)定值進行比較，若大于設(shè)定值，電腦通過plc和手操器使電動調(diào)節(jié)閥開大；若小于給定值，電腦通過plc和手操器使電動調(diào)節(jié)閥開?。蝗粝嗟?，說明電動調(diào)節(jié)閥出水量和進水量應(yīng)相等，保持動態(tài)平衡。對溫度的控制：若要使液灌中的溫度達到某一設(shè)定值，就要在電腦上進行設(shè)定，通過測量溫度變送器發(fā)出420ma模擬信號，該值反映了實際值的大小。若實際值小于設(shè)定值，電腦通過plc和固態(tài)繼電器使加

6、熱器工作，從而使水溫上升，當(dāng)實際值達到設(shè)定值時加熱器停止工作。其工作流程圖如圖3所示。在“組態(tài)王6.5”軟件中，工作人員只需在電腦前操作即可。用鼠標點擊電腦上的按鈕即可控制水泵的啟動、停止，從而控制水位和溫度值。在本控制系統(tǒng)中，共應(yīng)用了溫度的升降溫判斷程序、水位的模糊pid運算程序、濾波后水位運算程序、加熱器通、斷程序四個程序。下面重點介紹水位的模糊pid運算程序。3 模糊pid控制的應(yīng)用點擊“pid設(shè)置”可以看到一個小界面，如圖4所示。在此界面上可以設(shè)定模糊p、i、d參數(shù)的大小。在“自動”時用此界面。在圖下方有溫度歷史、實時曲線與水位歷史、實時曲線界面的切換按鈕。管理員可通過“用戶登錄”輸入

7、口令，這樣該界面才能運行。“注銷”可以停止運行該界面?！巴顺觥笨梢酝顺鲈撥浖?。4 實驗結(jié)果系統(tǒng)運行后通過水位實時趨勢曲線顯示水位設(shè)定值和當(dāng)前值（實際值），水平線為水位設(shè)定值曲線，波浪線為水位的測量值曲線，如圖5所示。該圖反映了通過pid算法后系統(tǒng)實際水位值逼近設(shè)定水位值的情況，可以看出實際值與設(shè)定值的誤差較大，實際值波動較大。經(jīng)過對比，采用模糊pid算法后實際值與設(shè)定值的誤差較小，實際值比較穩(wěn)定，如圖6所示，取得了很好的控制效果。5 結(jié)束語本文通過控制水位，研究了模糊pid算法的原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等。實踐證明，采用模糊pid算法控制器不僅具有良好的動態(tài)及穩(wěn)態(tài)特性，而且對系統(tǒng)時延和階次具有魯棒性，

8、可以實現(xiàn)最優(yōu)化控制。參考文獻：1俞光昀.pic系列單片機應(yīng)用技術(shù)m.北京：電子工業(yè)出版社，2000，10，122-168.2黃繼昌等.傳感器工作原理及應(yīng)用實例m.北京：人民郵電出版社，1998，5，155-171.32003 亞控公司，組態(tài)王6.5使用手冊，北京：北京亞控科技發(fā)展有限公司，1999，4 286-455.4殷興光.fuzz-pid算法在物位、溫度控制中的應(yīng)用c.咸陽：陜西科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文，2004，78-99.5a.haj-ali and h.ying the structure of a class of mandani fuzzy controllers with nonlinear input fuzzy sets 2003 ieee international conference on fuzzy systems 52352.6jia-xin chen,wei li application of fuzzy control pid algorithm intemperature controlling systems machine learning and cybernetics, 2003 international conference on 2601 2604 vo1.4.7mohand mokhtari,