双容水箱液位控制系统仿真研究

2018-03-19卢春华巩银苗姚现科

现代工业经济和信息化 2018年18期

关键词：输出特性方案设计模糊控制

卢春华，巩银苗，姚现科

（1.安阳工学院电子信息与电气工程学院，河南安阳 455000；2.北京化工大学信息科学与技术学院，北京 100029）

1 液位对象及其数学模型

液位检测由于受到多重因素的影响，例如对象的自衡度、液体的黏滞系数等等，增加了其控制系统的复杂性[1]。

2 传统PID控制方案设计与仿真

单回路PID控制系统和串级PID控制系统中Plant模块的仿真搭建如图1所示。

图1 控制系统仿真结构图

采用衰减曲线法整定调节器参数，得到比较理想的过渡过程曲线如图2所示。从图2可以看出，串级PID控制的超调量、峰值时间、过渡过程时间均要好于单回路PID控制，具有更好的稳态与动态性能[2]。

图2 两种控制方案控制输出曲线

3 模糊控制方案设计与仿真

模糊控制是一种反映人类智慧的智能控制方法。其设计不依赖于被控对象的模型，它将控制专家或操作者的经验知识，融入到控制算法当中，解决复杂控制问题，如建模困难、多变量强耦合、高度非线性等。

制定模糊控制规则是模糊控制算法的核心，它的原则是在保证控制系统稳定的前提下，使系统的输出响应达到最好的静、动态特性。根据具体经验建立模糊规则，得出控制量组成模糊控制器的查询表。打开MATLAB，在弹出的窗口中输入fuzzy，调出模糊控制器，设置隶属度函数参数，然后设定模糊规则，最后核查模糊规则。系统输入/输出特性曲面图如下页图3所示。

最后搭建仿真控制系统，得到输出过渡过程曲线如下页图4所示。

由下页图4可以看出，模糊控制方案具有最短的过渡过程时间，最小的超调量以及最小的稳态偏差。总体上来说，模糊控制方案的稳态、动态性能最好。