液位模糊控制系統(tǒng)設(shè)計的應(yīng)用

［1］［2～3］［1］［2～3］［］模糊控制設(shè)計的應(yīng)ApplicationofDeignofFuzzyLevelControlSytem2用S7-可控制A-ofisastotheinBy，ofisreached.0引言傳統(tǒng)的自動控制有一個共同的特點，即控制器的綜合設(shè)計都要建立在被控對象準確的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上。是在實際工業(yè)生產(chǎn)中系統(tǒng)的影響因素往往很多，十分復(fù)雜，而且大多數(shù)實際系統(tǒng)都是非線性的，建立精確的數(shù)學(xué)模型特別困難?；谶@種情況，模糊控制就顯得意義重大。因為模糊控制不用建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實際系統(tǒng)的輸入輸出結(jié)果數(shù)據(jù)，參考現(xiàn)場操作人員的運行經(jīng)驗就可對系統(tǒng)進行實時控制。因此利用模糊控制思想來設(shè)計液位控制系統(tǒng)將更直接，更有效，是非線性控制的一種更有力的控制手段。模糊控制技術(shù)日趨成熟和完善

，各種模糊控制產(chǎn)品也充滿了日本、西歐和美國等市場。文設(shè)計的自調(diào)整模糊控制器已成功應(yīng)用于實際的液位控制系統(tǒng)且在運行半年時間中取得了良好的控制效果。1液位模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)我們的過程控制實驗裝置是基于工業(yè)過程物理模擬對象，集自動化儀表技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)為一體的多功能實驗裝置，包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)。過程控制系統(tǒng)的被控對象包括上位水箱、中位水箱、下位水箱，控制裝置有傳感器、調(diào)節(jié)閥、交流變頻器、流量傳感器、調(diào)節(jié)器等。本文所論述的液位模糊控制系統(tǒng)構(gòu)造如下：不得用于商業(yè)用途

［5僅供個人［5①控雙容對象為上位水箱和中位水箱②采用液位傳感器擴散硅壓力變送器感測上位水箱和中位水箱液位，儀表變送器通電預(yù)熱后分別在零壓力和滿量程壓力下檢查輸出電流值。在零壓力下調(diào)整零點電位器，使輸出電流4mA在滿量程壓力下調(diào)整量程電位器，使輸出電流2。感器精度為.5級。因為二線制，故工作時需提供4V直電源；③采用電/氣動調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行機構(gòu)，其輸入信號氣動為～MPa電動為0～10、4～20mA帶/氣閥門定位器）；控制器的硬件選S7-300可程控制器。該液位模糊控制系統(tǒng)框圖如圖1所。圖1液位模糊控制系統(tǒng)框圖2模糊控制器設(shè)計2.1輸設(shè)計定義中位水箱的液位測量值與液位給定值偏E作為模糊輸入，并將E模糊化。根據(jù)實際的液位情況定義偏差的最小值為-，最大值1（最大正負偏差為000mm根據(jù)隸屬函數(shù)遵循的基本原則設(shè)重疊范圍為20mm附近模糊隸屬度函數(shù)的范圍為60mm則根據(jù)公式重疊率重范圍附模糊隸屬度函數(shù)為范圍得出重疊率0.33，這樣的控制效果好且曲平滑。據(jù)此設(shè)計了個模糊子集及隸屬函數(shù)①偏差非常大（Nvig），隸屬函數(shù)為梯形-1000，-1000-360-240；②負偏差較大（Nmid，隸屬函數(shù)為三角形（-360-240-120）；③偏差較小39液位模糊控制系統(tǒng)設(shè)計的應(yīng)用丁肇紅（），隸屬函數(shù)為三角形（-240，-120，）；④差為零（），隸屬函數(shù)為三角形（-0，）⑤正偏差較?。≒small），隸屬函數(shù)為三角形0120240）；⑥偏差較大（），隸屬函數(shù)為三角形（120，240360）；⑦偏差非常大（Pbig），隸屬函數(shù)梯形240，360，1000，1000。模糊變量的隸屬函數(shù)如圖所。圖2模糊變量E的隸屬函數(shù)2.2輸出設(shè)計模糊控制器的輸出是給閥門的開u閥門開度的變化間接控制中位水箱的液位高度。根據(jù)實際現(xiàn)場調(diào)試中的情況可知，如果設(shè)置過多的模糊輸出子集，將使曲線的上/下過程過于平緩，達到液位給定值的響應(yīng)時間過長?？紤]到液位控制的特性，經(jīng)過反復(fù)試驗設(shè)計Open=0%、Equal=72%Cpose100%這3不得用于商業(yè)用途

11||E|222僅供個人11||E|222個模糊子集，對應(yīng)有3個屬度函數(shù)，這樣運行后的曲線跟蹤性能更好，能更快速達到液位給定值。由于調(diào)節(jié)閥采用的是氣閉閥，所以最小值0%（全開），最大值為（關(guān)）。即：①u是Open時對應(yīng)%輸出mA，對應(yīng)調(diào)節(jié)閥的工作氣壓0.02MPa；②u是qual時對72%，輸出5.52mA，應(yīng)調(diào)節(jié)閥的工作氣壓0.0776MPa；③u是Close時對應(yīng)輸出對應(yīng)調(diào)節(jié)閥的工作氣壓為0.1MPa。模糊變量u的屬函數(shù)如圖3所。圖3模糊變量u的隸屬函數(shù)2.3?？刂埔?guī)則確定當偏差為正的時候，即測量值大于給定值時，要求閥門開度變小，使中位水箱的進水量小于出水量，液位降低；當偏差為負的時候，即測量值小于給定值時，要求閥門開度變大，使中位水箱的進水量大于出水量，液位下升。根據(jù)經(jīng)驗和試驗對象的控制過程知識，經(jīng)過反復(fù)研究與實驗建立了模糊控制規(guī)則如下：①E為負偏差非常大Nbig，u為pen+α|E|α|E|α

；②若為負偏差較大（Nmid，則為Open+；③若為負偏差較小（Nsmall），則u為Open+E|

；④若為偏差為零（Zero）則為⑤若E為正偏差較?。≒small，則為lose-α；⑥若為正偏差較大Pmid）則u為lose-α|E|

；⑦若為正偏差非常大Pbig），則為Close-|E|

。α子取.1～0.2之間和α

1、因子取.2～之間都能使液位達到良好的控制效果，從而實現(xiàn)了對模糊控制規(guī)則的自調(diào)整。3模糊控制器軟件實現(xiàn)首先進行硬件組態(tài)，然后采用LC編制軟件程序。整個程序?qū)慜中，模用于每100ms調(diào)用一次模糊控制功能程序模塊FC1為模糊控制功能程序模塊，其中包括了C30、、FC31這個程序模塊。由F模塊對送來的偏差模糊化，送F后根據(jù)模糊控制規(guī)則由偏差的大小算出相應(yīng)的輸出信號不得用于商業(yè)用途

僅供個人參考的大小，再FC31進行反模糊化得到精確量，送模擬輸出來控制電氣閥門的開度。將編制軟件程序下載PLC中運行，設(shè)置好組態(tài)王各參數(shù)以后運行組態(tài)王，液位會顯示在畫面中，從而可以實現(xiàn)集中控制。如圖4所示，可以觀察4次位測量值PV跟蹤液位給定值SP變化的運行曲線。圖4組態(tài)王運行系統(tǒng)曲線圖從圖所示的運行曲線可以看出四次液位測量值V都能很好跟蹤液位給定SP的化，第四PV穩(wěn)態(tài)值（54.95cm）給定值P（）的誤差絕對值為，以偏差很小，又無超調(diào)量且響應(yīng)速度也較快，因而達到了良好的控制效果。由此能夠說明系統(tǒng)有較強的穩(wěn)定性。實際的液位輸出能完全跟蹤給定的液位高度，從而證實了所設(shè)計的液位自調(diào)整模糊控制器取到了良好的控制效果。4結(jié)束語本文突破了常規(guī)PID的控制理念，無須建立被控對象數(shù)學(xué)模型，直接通過S對位偏差進行模糊化處理，利用控制經(jīng)驗知識建立液位模糊控制規(guī)則，再通過反模糊化輸出改變調(diào)節(jié)閥的開度來改變中位水箱的液位，以達到用模糊控制方法來控制中位水箱液（下轉(zhuǎn)43頁）40《自動化儀表》第26卷第12期2005年12月PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONVol.26December2005在周期中斷子程序中將計算所得的值送到比較寄存器，并置相應(yīng)標志位。主程序則根據(jù)標志位來判斷是否已完成一個周期的操作：標志位1，則清標志位，調(diào)計算占空比子程序，然后進入等待狀態(tài)；否則直接進入等待狀態(tài)。在大量實驗后，將其應(yīng)用于一0kW的主軸上，其效果與實驗基本一致。4結(jié)束語的能很強且運算速度很快，用其事件管理器能產(chǎn)SPWM等種脈寬調(diào)制信號，適用于三相交流電機的控制。而且控制電機的算法和控制磁懸浮系統(tǒng)P控算法可合用一C，這樣能充分發(fā)揮微機的性能，降低了磁懸浮電主軸的成本。參考文獻1G.，H.，A.特著.承..新時，2陳遜.統(tǒng).，不得用于商業(yè)用途

僅供個人參考3C24x.Set.Number：SPRU160C，June19994Devices.：SPRU161C，5C240.，國家高技術(shù)研究發(fā)展計（編號）修改稿收到日期2004-08-第一作者張建生，男1958年，1993年業(yè)蘇理工大學(xué)，獲得士學(xué)位，現(xiàn)為上海大學(xué)在博士研究生；主要研究方面是控制理論與控工程。（上接3頁）設(shè)計者必須從硬件和軟件兩方面著手。硬件抗干擾設(shè)計是整個系統(tǒng)抗干擾設(shè)計的主體，是軟件抗干擾設(shè)計的基礎(chǔ)。沒有硬件電路的可靠工作，再好的抗干擾軟件也是沒有用武之地的。3.1硬件抗干擾措施①統(tǒng)采用抗干擾電源。供電系統(tǒng)通常會帶來過壓、欠壓、浪涌、下陷和降出、尖峰電壓和射頻干擾等，危害十分嚴重，所以電源的抗干擾能力必須要強②如果應(yīng)用環(huán)境惡劣，必須考慮電磁屏蔽③如果過程通道傳輸?shù)男盘栴l率過高，要考慮傳輸線上分布電容、分布電感及漏電阻影響；④印刷線路板是電源線信號線及元器件的高度集合體，它們在電氣上會相互影響，因此，在設(shè)計上必須考慮電源線如何布置、地線如何布置、信號線如何分類走線、元器件如何布置及去耦電容如何配置等問題。3.2軟抗干擾措施軟件抗干擾的方法較多，由于是數(shù)據(jù)交換而不是數(shù)據(jù)采集，所以一些常規(guī)的數(shù)據(jù)采集抗干擾方法還不是很適用，應(yīng)將其改造后再使用。常用的方法是將傳輸、交換、讀取或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)重復(fù)一次（或幾次），讀取或交換的數(shù)據(jù)可將后一次的結(jié)果與前一次比較，相同則為真，不相同則再重復(fù)、再比較。也可根據(jù)需要對重要的數(shù)據(jù)進行重點處理?？傊瑪?shù)據(jù)交換的準確性關(guān)鍵在于硬件，如果硬件措施得當，軟件措施可不采取，或關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行處理。4結(jié)束語單片機是作為專門的嵌入式應(yīng)用而推出的，它開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的先河。在一個系統(tǒng)中應(yīng)用多個單片機為整個系統(tǒng)設(shè)計、維護帶來了極大的方便：首先簡化了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計，使軟硬件設(shè)計便于模塊化，便于多人投入、參與，縮短了產(chǎn)品更新、改造、升級的周期；其次簡化了維護過程，由于一個系統(tǒng)中使用多個單不得用于商業(yè)用途

僅供個人參考片機，構(gòu)成了系統(tǒng)多點互相監(jiān)測，使得故障區(qū)域的診斷更加迅速、準確?？傊?，將多單片機應(yīng)用在一個系統(tǒng)中其優(yōu)點是不言而喻的。參考文獻1胡著.計.（1）2竇著..，19984收稿日期：-04-18。作者張念魯，男1960年生，年畢業(yè)于沈陽工學(xué)院，獲得學(xué)學(xué)位，高級工程師，北京市高學(xué)校電工學(xué)研究會理事；主要從事單片機教及應(yīng)用，發(fā)表論10余。（上接40頁）位的目的。實際運行結(jié)果也證明了模糊控制的良好控制品質(zhì)。參考文獻1丁東.的Laguerre模型量1，報.（）2P.J.King，et.to1975，13（3W.J.M.Kickert，et.ainaAutomat.1976，12（）4等.術(shù).，5新..清華，2003上海市教育科研資助項（編號040B10）修改稿收到日期2005-09-作者丁肇紅，女1966年，1993年業(yè)于華東范大學(xué)數(shù)學(xué)系，獲得碩士學(xué)位，副教授；主要事系統(tǒng)辨識、非線性控制、智能控制的研究43TMS320F240在高頻調(diào)速器中的應(yīng)用張建生，等_不得用于商業(yè)用途

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