液位控制實(shí)驗(yàn)易杰

液位控制實(shí)驗(yàn)課件

易杰

.實(shí)驗(yàn)一PID控制實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)背景

PID三類基本控制器為：（1）比例控制：（2）積分控制：（3）微分控制：并聯(lián)形式的連續(xù)時(shí)間PID控制器：.數(shù)字PID控制器可以通過離散化連續(xù)時(shí)間PID控制器得到：（1）比例控制：（2）積分控制：（3）微分控制：其中，及。數(shù)字PID控制器可以通過離散化連續(xù)時(shí)間PID控制器得到：

其中，及。.上面的PID控制算法是針對(duì)于單輸入單輸出的系統(tǒng)的。對(duì)于多輸入多輸出的系統(tǒng)，可以使用多個(gè)PID控制器，組成多個(gè)控制回路進(jìn)行控制。但對(duì)于各個(gè)回路間存在耦合情況時(shí)，需要通過對(duì)各回路進(jìn)行解耦，然后對(duì)各個(gè)回路進(jìn)行控制。（參見相關(guān)多變量控制書籍）2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ID控制算法及其參數(shù)的選取過程。3、實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1）IBMPC386以上或其兼容機(jī)，和VGA顯示器（2）A/D-D/A數(shù)據(jù)采集卡（3）水箱實(shí)驗(yàn)軟件.4、實(shí)驗(yàn)步驟（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，打開或者關(guān)閉水柱間的連通閥和水柱的出水閥。打開水箱的電控箱開關(guān)。（2）進(jìn)入實(shí)驗(yàn)軟件。配置好系統(tǒng)參數(shù)。（3）開始實(shí)驗(yàn)，選擇PID控制方式。（4）通過控制器設(shè)計(jì)，選擇合適的PID控制器參數(shù)，在控制參數(shù)設(shè)置界面設(shè)置PID控制參數(shù)。（5）選擇“開始控制”，進(jìn)行閉環(huán)控制。觀察控制效果。（6）選擇“保存數(shù)據(jù)”，保存實(shí)驗(yàn)結(jié)果。5、實(shí)驗(yàn)結(jié)論給出PID控制參數(shù)及系統(tǒng)配置，給出當(dāng)前參數(shù)下的控制效果。.實(shí)驗(yàn)二模糊控制實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)背景1.1模糊邏輯控制器(FLC)模糊邏輯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括模糊化，模糊規(guī)則，模糊推理和去模糊化。圖1模糊邏輯控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).模糊化： 在模糊邏輯中，每個(gè)語義輸入（linguisticinput）（如：大，中和?。┦且粋€(gè)模糊集合。模糊集合使用隸屬度函數(shù)來定義一個(gè)元素屬于集合的程度（即，模糊化），取值于0到100%。模糊規(guī)則庫(kù)：模糊規(guī)則庫(kù)由一組模糊IF-THEN規(guī)則組成，模糊推理機(jī)使用模糊IF-THEN規(guī)則來確定從輸入模糊集合到輸出模糊集合的一個(gè)映射。模糊IF-THEN規(guī)則形式如下：R1:IF誤差為大且誤差變化為小且…THEN輸出為中R2:IF誤差為小且誤差變化為大且…THEN輸出為小 … … … ….去模糊化：模糊系統(tǒng)的輸出為模糊集。由于被控過程要求實(shí)值控制，需要一個(gè)去模糊化階段。有多種去模糊化方法，重心法是最常用的方法。1.2二輸入單輸出模糊控制器對(duì)雙容水箱系統(tǒng)。我們使用模糊控制器來控制雙容水箱的水位（如圖5）。有兩個(gè)狀態(tài)模糊輸入變量，誤差（e）和誤差變化量（△e）。模糊控制量為水閥的控制電壓（u）。模糊控制方塊圖如圖2

.圖2模糊邏輯控制方塊圖對(duì)于每個(gè)模糊變量假定有7個(gè)模糊集合值：正大（PL），正中（PM），正?。≒S），零（ZE），負(fù)小（NS），負(fù)中（NM），負(fù)大（NL）。我們定義模糊集合PL，PM，….NM，NL為實(shí)軸區(qū)域上的三角形，如圖3。

圖3e/△e/△u的隸屬度函數(shù).模糊規(guī)則：變量模糊值 模糊集合誤差（e） ： NLNMNSZEPSPMPL誤差變化（△e）：NLNMNSZEPSPMPL輸出（△u）： NLNMNSZEPSPMPL控制規(guī)則：R1：IFe為PL且△e為PSTHEN輸出為PMR2：IFe為NL且△e為NSTHEN輸出為NM… …… …N.B.控制器的穩(wěn)態(tài)：

IFe為ZE且△e為ZETHEN輸出為ZE.生成規(guī)則表如下：

模糊控制器的推理過程我們使用最大最小規(guī)則分別作為模糊邏輯的“或”，“與”。模糊邏輯“與”操作定義為：.圖4模糊推理和重心法去模糊化在本例中，實(shí)值控制輸出（△u）使用模糊重心去模糊化方法（圖4）。

其中Ct為△e的模糊子集.2、實(shí)驗(yàn)?zāi)康母鶕?jù)上述實(shí)驗(yàn)背景,熟悉模糊控制方法及其參數(shù)調(diào)整過程。3、實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1）IBMPC386以上或其兼容機(jī)，和VGA顯示器（2）A/D-D/A數(shù)據(jù)采集卡（3）水箱實(shí)驗(yàn)軟件4、實(shí)驗(yàn)步驟（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，打開或者關(guān)閉水柱間的連通閥和水柱的出水閥。打開水箱的電控箱開關(guān)。（2）進(jìn)入實(shí)驗(yàn)軟件。配置好系統(tǒng)參數(shù)。（3）開始實(shí)驗(yàn)，選擇模糊控制方式。（4）通過控制器設(shè)計(jì)，選擇合適的模糊控制器參數(shù)。在模糊控制參數(shù)設(shè)置界面設(shè)