水箱液位模糊控制

水箱液位模糊控制器的设计1.水箱液位控制系统已知一个容器中液体的流出是随机变化的，无法建立它的数学模型。但是，通过人工控制进液阀门的开度和进液流速，却能调节容器中液位的高低，保持液位恒定。根据人工操作经验，我们已经归纳出如下保持液位恒定的操作规则：①如果液位偏低，则快开阀门；②如果液位正好，则阀门开度不变；③如果液位偏高，则快关阀门；④如果液位正好而进液流速慢，则慢关阀门；⑤如果液位正好而进液流速快，则慢开阀门。为此，我们可以设计如图1-2所示的双输入一单输出模糊控制系统:模糊控制器图1-2二维模糊控制系统原理框图模糊控制器的两个输入变量分别为液位差e（设定液位高度r-实测液位高度

y）和液位差变化率ec（单位时间内的偏差改变量），输出模糊变量为u。输入变量e和ec、输出变量u的论域、覆盖变量论域的模糊子集明朝、隶属度函数类型及拐点参数等，初步设定为表1-1所列的数值。变量名称变量模糊轮域覆盖变量的模糊子集名称模糊子集类型模糊子集的拐点参数输入变量e[-11]negative（偏高）高斯型[0.45-1]zero（正好）[0.450]positive（偏低）[0.451]输入变量ec[-0.10.1]negative（偏慢）[0.045-0.1]zero（正好）[0.0450]positive（偏快）[0.0450.1]输出变量u[-11]close-fast（快关）三角形[-1.5-1-0.5]close-slow（慢关）[-1-0.50]no-change（不变）[-0.500.5]open-slow（慢开）[00.51]open-fast（快开）[0.511.5]表1-1覆盖输入变量、输出变量的模糊子集设定值.构建模糊控制器的FIS结构文件编辑出名称为“tank”的液位模糊控制系统FIS启动Matlab后，在主窗口中键入fuzzy回车，进入用上Editor”编辑器界面，完成下列任务：①增加一个输入变量；②将输入、输出变量的名称分别改成e、ec和u；③将这个FIS文件名定为“tank”并予以存盘。得出如图2-1所示的FIS编辑器界面。

图2-1液位模糊控制FIS编辑器编辑覆盖输入、输出变量的模糊子集在图2-1所示的FIS编辑器上，单机输入变量e模框，按表1-1列出的数据编辑e、ec和u的模糊子集。在FIS编辑器界面上，双击输入量或输出量模框中的任何一个，都会弹出隶属函数编辑器，简称MF编辑器。在MF编辑器界面上，单击“变量模框索引区”中待编辑变量的小模框，使其边框变粗、变红，则界面下部“当前变量区”内就显示该变量的性态，以供编辑。如图2-2为输入量e的MF编辑器，在“Name”一项上讲该模框的名称命名为“negative”，在“Type”一项上将该模框的隶属函数类型定为“gaussmf"（高斯型），在“Params”一项上将其拐点定为“[0.45-1]”。以此类推，将ec和u的模糊子集也按表1-1列出的数据编辑完成。MembershipFunctionEd让or:tankFISVariablesMember&hip(unctjonplotsP|ot1MMi**inputy日僮峰knegativezgruCDsCrTe图2MembershipFunctionEd让or:tankFISVariablesMember&hip(unctjonplotsP|ot1MMi**inputy日僮峰knegativezgruCDsCrTe图2-2'七m”输入量e的MF编辑器CurrentVariabteCirrertMembershipFundjon(clickonMFtoselect)NameNamegwssinfinputParams[0.45-1]RangeDisplayRangeClose2.3编辑“tank”的模糊控制规则可以把题设中总结的模糊规则，做成如表2-1所示的表格型模糊规则。eNoneNegativeZeroPositiveuecNonenegativeclose-fastzerono-changeopen-slowclose-slowpositiveopen-fast表2-1液位模糊控制规则表在编辑器界面上，顺序单击菜单Edit-Rules…，弹出tank的Rule编辑器，在该编辑器上把表2-1所列的五条模糊规则输入进去，即完成了模糊控制规则的编辑。.在模型编辑器中构建系统的仿真模型图在simulink中搭建如图3-1所示的仿真模型图，其中“VALVE（液桶）”、

“WATERTANK（阀门）”和“animtank（动画）”不是模块库中的基本模块，是

从模型仿真示例“tank”中复制的。复制方法为：在Matlab主窗口中键入sltank,回车得出“sltank”仿真模型图，在图中复制所需的模块即可。图3-1液位模糊控制仿真模型图检查FIS结构文件是否嵌入“FuzzyLogicController”模块，然后顺序单击菜单Simulation-Start开始仿真。这时屏幕上出现WaterLevelControl水位控制动画，如图3-2所示。图3-2水桶动画图同时，在Conparision屏幕上出现信号源输出的方波经过系统前（