水箱液位matlab模糊控制例程sltank詳解

問題描述水位控制系統(tǒng)是由水箱(Tank),進水管、出水管和控制閥門等構成。在進水管上，安裝有一液壓閥門，控制它的位置，可以控制流入水箱的流量。出水管道的面積(Outpipecrossection)保持常數(shù)，因此，流出出水管的流量主要與水箱的水位和水壓有關。系統(tǒng)具有明顯的非線性特性。我們的目的是構建一個模糊閉環(huán)控制系統(tǒng)。其控制目的是通過調整控制閥門的開度，達到控制水箱水位的目的，并使其能夠快速跟隨所設定的水位(給定輸入)。除控制對象外，控制系統(tǒng)應包含有水位檢測裝置，控制器(常規(guī)PID控制器或模糊控制器)及執(zhí)行機構。sourceflowcrossection=constantsourceflowcrossection=constant控制系統(tǒng)動態(tài)結構圖hPIDJFoil'it]兇h.=height*area--水箱容積上限ar^a—水笛暇血頑OutpipeEW"：—hPIDJFoil'it]兇h.=height*area--水箱容積上限ar^a—水笛暇血頑OutpipeEW"：—岀水II赧血|jlLevel—水箱水■位一執(zhí)tr-|il7-!j控制對象水位檢測水源(繪人世流暈)level控制器給定水位Oulpipeareaar&a流速計算依據(jù)為簡化伯努利方程或托里拆利定律，二者結論一致。其中托里拆利定律內容為：忽略粘滯性，任何液體止點從小孔中流出的速度與它從h高度處自由落下的速度相等。動態(tài)模型中主要用到的計算關系式如下：液位=容積/底面積 level=tankvolume/area流量=流速*出水口面積流速=(2*g*level)A0.5

被控對象水箱模型搭建按照上述動態(tài)結構圖進行，實際設計的水箱模型如下：VALVESwitchSubs^temOVALVESwitchSubs^temO―ODFltlDlLimitedIntEgrstDT執(zhí)行機構：PIOGontrDllaPIODcnstL^.ProductProductFuszryLc-gieContrdIIe-ttankmaxVALVE

水位控制系統(tǒng)模型模型使用方法啟動matlab，命令行輸入sltank,既可打開水位模糊控制仿真模型。設置const大于等于0，系統(tǒng)工作于PID控制模式設置const小于0，系統(tǒng)工作于模糊控制模式模糊控制模式液位動畫PID控制模式0.40.20〔 1! 1I 11 1! 1| J 11 11 11 Ji ■■■■■-■ ■■|■■■--iiiiii1111ii11ii1] 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100PID控制時液位的輸入輸出關系比較兩種控制模式下液位曲線可以發(fā)現(xiàn)PID控制有超調，這一點在液位動畫中也有體現(xiàn)。修改模型參數(shù)PID參數(shù)的調整可以直接雙擊PIDController模塊設置，這里著重介紹模糊控制器參數(shù)的修改。用到的主要命令如下：函數(shù)名功能說明fuzzy打開模糊推理系統(tǒng)GUI，fuzzyname打開name的fis系統(tǒng)。readfis讀取已有fis，例如readfis('tank')可打開水箱控制的fisshowfis文本形式顯示已存在的fis例如可通過以下代碼以文本形式顯示tanka=readfis（'tank'）%讀取tank文件showfis（a）;%顯示在這里通過模糊推理的用戶界面來修改水位控制的規(guī)則庫，查看對控制效果的影響。具體步驟如下：（1）輸入sltank打開simulink仿真界面（2）輸入fuzzytank打開FIS界面，可編輯變量和推理規(guī)則。!□!x|centnHelp雙擊此處打開模糊推理規(guī)則編輯界面雙擊任何一個變量打開FIS更量編輯界面QFISEditor:tankFileEditVi&wlevelvalveFISName:FISType:mamdaniAndmethodCurrentVariableName-□rmethodprobor!□!x|centnHelp雙擊此處打開模糊推理規(guī)則編輯界面雙擊任何一個變量打開FIS更量編輯界面QFISEditor:tankFileEditVi&wlevelvalveFISName:FISType:mamdaniAndmethodCurrentVariableName-□rmethodproborImplicationRangeAggr&gationDefuzzificationCloseOpeningRuleEditortank(mamdani)3）打開tank的模糊規(guī)則編輯界面，將規(guī)則4和5刪除，新的規(guī)則如下：

(4)單擊File—Export—toworkspace,彈出的對話框直接點ok。注意：建議不要選tofile,因為會改變原始文件。(5)運行sltank,控制效果如下，可見調節(jié)效果比PID控制還差。Tnieaffect0(6)關閉sltank模型和tankfis界面，均選擇不保存修改，以保證例程的完整性。結論模糊控制效果取決于模糊推理規(guī)則，