模糊自适应控制资料.docxVIP

随着社会经济的迅速发展，水对人们生活与工业生产的影响越来越重要，尤其是近几年，随着居民生活水平的显著提高和城市化进程的加快，居民生活用水和工业用水增长幅度加大，原有的供水系统已经不能满足人们的需求。为了保证正常的供水，这里应用自适应模糊控制技术，实现对水箱水位的自动控制。液位控制是工业中常见的过程控制，它对生产的影响不容忽视。在工业生产中，尤其是石油、化工、冶金生产中经常会遇到液位控制的问题，被控对象往往具有是大惯性、非线性、滞后的动态特性，如石油化工过程中的精馏塔的液位控制、钢水化学反应堆、流体传输设备等。这些对象的工作特性比较复杂，很难用或不可能用解析方法得到精确的动态数学模型，它们的动态特性大多为非线性，时间常数和滞后都较大，如果近似地采用局部线性化和变滞后为惯性的方法，控制精度不能保证，甚至会出现不稳定的情况，由于被控对象的非线性、时变性和随机干扰的影响，造成模糊规则粗糙不够完善，因此采用自适应控制，可以在控制过程中使模糊控制参数自动的调整、修改、完善。本系统采用自适应模糊控制来实现对液位的控制，此算法稍加改进，也可应用于工业生产中对于压力、温度、流量的控制。模糊自适应控制器可以根据系统的运行状态获取过程状态的连续信息，通过在线辨识和修正过程的模糊模型，从中获得所需要的模糊控制规则，实现在线模糊控制规则的自学习，自动调整模糊控制器的参数，以便适应环境条件或过程参数的变化以及由于人的经验获得模糊控制规则的主观性和局限性，使系统大大提高适应能力，获得较强的鲁棒性，维持控制系统所要求的性能准则。为了解决“模糊性”事物或系统产生的不确定性问题，提出了模糊控制方法。模糊控制方法与传统定量控制方法的本质区别为：用语言变量代替数学变量；用模糊条件语句描述变量间的关系；用模糊算法描述系统复杂关系；在设计中，通常先依据经验确定模糊控制器参数，然后按照实际情况进行详细调整。凡是能自动地对模糊控制规则进行调整、修正和完善，使其控制系统性能不断改善直至使系统的输出特性达到既定精度为止的模糊控制器都统称为自适应模糊控制器。这种控制器是在简单模糊控制器基础上增加了以下3个功能部件：性能测试部件、控制量校正部件和控制规则修正部件。从而使它能同时执行系统辨识和控制两方面。给定值S一种常见的模糊自适应控制方案是在基本模糊控制器中，附加三个功能块：偏差测量、控制校正和规则修改，如图2.2所示。偏差测量块的作用是测量期望输出和实际输出之差，确定输出响应需要校正的量，为修改规则提供信息；控制量校正块的作用是将需校正的输出响应量转变为需校正的控制量；规则修改块的作用是通过修改控制规则来实现校正量。6它们的工作思路是：通过对反映输出量大小的误差信号的测量，获得需要校正的输出响应量的信息，然后将其转换为对控制输入的校正量，最后通过修改控制规则实施校正量。这一过程都是在人不参与的情况下，根据误差大小修改模糊控制规则，自动完成的。所以对于干扰和对象参数变化引起的输出量偏离都有较好调节作用。计算误差变化率c离散化与Fuzzy化性能量测控制量校正规则修正Fuzzy算法器Fuzzy决策E（e）误差被控对象输出输入任何一个实际系统都具有不同程度的不确定性，这些不确定性有时表现在系统内部，有时表现在系统的外部。从系统内部来讲，描述被控对象的数学模型的结构和参数，设计者事先并不一定能准确知道。作为外部环境对系统的影响，可以等效地用许多扰动来表示。这些扰动通常是不可预测的。此外，还有一些测量时产生的不确定因素进入系统。面对这些客观存在的各式各样的不确定性，如何设计适当的控制作用，使得某一指定的性能指标达到并保持最优或者近似最优，这就是自适应控制所要研究解决的问题。本系统中的液位变化e、液位变化率ec和控制输出量kp、kikd (水位，温度，)，都为精确量，为了进行模糊控制需要将它们的值转化为模糊论域上的模糊值。设误差的基本论域为-xe，+xe，误差变化率的基本论域为-xec，+xec设误差变量所取的模糊子集的论域为： -n,-n+1,.,0,.n-1,n误差变量所取的模糊子集的论域为：-m,-m+1,.0,.m-1,m 水箱模糊规则本系统设计基于MATLAB图形模糊推理系统，设计步骤如下：（1） 打开MATLAB，输入指令fuzzy，打开模糊逻辑工具箱的图形用户界面窗口，新建一个Mamdani模糊推理系统。在FIS Editor窗口中新建水位控制模糊推理系统（2） 增加一个输入变量，将输入变量命名为水位误差、误差变化，将输出变量命名为阀门开关速度。这样就建立了一个两输入单输出的模糊推理系统，保存为shuixiang.fis。增加一个输入变量（3） 设计模糊化模块：设水位误差的论域为-1 1，误差变化的论域为-0.1 0.1；两个输入量的模糊集都定为5个：其中水位误差定为高、偏高、合适、偏低、低五等；参数分别为0.3 -1、0.3 -0.5、0.3 0、0.3 0.5、0.3 1；设计水位误差模块误差变化分为大、偏大、合适、偏小、小五等。参数分别为0.03 -0.1、0.03 -0.05、0.03 0、0.03 0.05、0.03 0.1，隶属度函数均为高斯函数。设计误差变化模块阀门的开关速度定为5等：快开、慢开、不动、慢关、快关。参数分别为-0.25 0 0.25、0 0.25 0.5、0.25 0.5 0.75、0.5 0.75 1、0.75 1 1.25。论域为-1 1。隶属度函数为三角形函数。设计输出模块设置模糊规则：打开Ruel Editor窗口，通过选择添加模糊规则：1）if(水位误差is高)and(误差变化is大)then(阀门开关速度is快关)2) if(水位误差is高)and(误差变化is偏大)then(阀门开关速度is快关)3) if(水位误差is高)and(误差变化is合适)then(阀门开关速度is慢关)4) if(水位误差is高)and(误差变化is偏小)then(阀门开关速度is慢关)5) if(水位误差is高)and(误差变化is小)then(阀门开关速度is慢关)6) if(水位误差is偏高)and(误差变化is大)then(阀门开关速度is快关)7) if(水位误差is偏高)and(误差变化is偏大)then(阀门开关速度is快关)8) if(水位误差is偏高)and(误差变化is合适)then(阀门开关速度is慢关)9) if(水位误差is偏高)and(误差变化is偏小)then(阀门开关速度is慢关)10) if(水位误差is偏高)and(误差变化is小)then(阀门开关速度is慢关)11) if(水位误差is合适) then(阀门开关速度is不动)12) if(水位误差is偏低)and(误差变化is大)then(阀门开关速度is快开)13) if(水位误差is偏低)and(误差变化is偏大)then(阀门开关速度is快开)14) if(水位误差is偏低)and(误差变化is合适)then(阀门开关速度is慢开)15) if(水位误差is偏低)and(误差变化is偏小)then(阀门开关速度is慢16) if(水位误差is偏低)and(误差变化is小)then(阀开)门开关