P14-模糊控制器設(shè)計(jì)實(shí)例

1、 考慮右圖液位系統(tǒng)的模糊控制器設(shè)計(jì)。 受控對(duì)象：倒錐形容器的液位高度h 檢測(cè)裝置：測(cè)量容器底部壓力來(lái)間接測(cè)量液位 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：為保持液位高度h為設(shè)定值，控制進(jìn)水電磁閥V1的開(kāi)啟度，因此系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)就是電磁閥V1 模糊控制器：從硬件角度看，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；從軟件角度看，應(yīng)設(shè)計(jì)合適的模糊控制算法。 為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)電磁閥V1的開(kāi)啟度與進(jìn)水量間呈線性關(guān)系。 注意：受控對(duì)象是倒錐形容器，其液位高度h和進(jìn)水量Q間的關(guān)系不是線性關(guān)系，且有實(shí)質(zhì)性，因此是較為復(fù)雜的控制對(duì)象。此類控制對(duì)象采用模糊控制器是可取的方案。1. 首先確定模糊控制器結(jié)構(gòu)。為得到良好的控制性能，觀測(cè)液位誤差e和誤差變化ec，控制量只有一

2、個(gè)電磁閥V1的開(kāi)啟電壓u。因此，模糊控制器采用兩輸入單輸出的二維結(jié)構(gòu)。2. 確定語(yǔ)言變量。需要確定的語(yǔ)言變量有3個(gè)：誤差e、誤差變化ec和輸出控制電壓u。 設(shè)液位給定高度hd，實(shí)際高度h，則液位誤差e=hd-d，取其語(yǔ)言變量為E，論域X=-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，論域上模糊子集是Ai(i=1,2,7)，相應(yīng)語(yǔ)言值為正大（PB），正中（PM），正?。≒S），零（Z），負(fù)小（NS），負(fù)中（NM），負(fù)大（NB）。分別表示當(dāng)前水位h相對(duì)設(shè)定值hd為：“極低”、“很低”、“偏低”、“正好”、“偏高”、“很高”、“極高”。 系統(tǒng)液位誤差前后兩次采樣值變化量是ec=e1-e2=(hd-h1)-

3、(hd-h2)=h2-h1，取其語(yǔ)言變量為EC，論域Y=-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，論域上的模糊子集是Bj（j=1,2,3,5），相應(yīng)語(yǔ)言值為正大（PB），正小（PS），零（Z），負(fù)?。∟S），負(fù)大（NB）。分別表示當(dāng)前水位變化h2-h1為：“快速上升”、“上升”、“不變”、“下降”、“快速下降”。 系統(tǒng)輸出控制量u，取其語(yǔ)言變量為U，論域Z=-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，論域上模糊子集是Ck(k=1,2,3,7)，相應(yīng)語(yǔ)言值為正大（PB），正中（PM），正小（PS），零（Z），負(fù)?。∟S），負(fù)中（NM），負(fù)大（NB）。分別表示控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作為：“發(fā)水位高限報(bào)警，并全關(guān)

4、閉閥門(mén)V1”、“閥門(mén)V1開(kāi)度減小量大”、“閥門(mén)V1開(kāi)度減小量小”、“閥門(mén)V1開(kāi)度不變”、“閥門(mén)V1開(kāi)度增加量小”、“閥門(mén)V1開(kāi)度增加量大”、“發(fā)水位低限報(bào)警，并閥門(mén)V1開(kāi)度為最大”。3. 確定語(yǔ)言值隸屬度函數(shù)。對(duì)上面各語(yǔ)言之給定其模糊化的隸屬度函數(shù)，這里為簡(jiǎn)單起見(jiàn)選擇三角形函數(shù)。建立模糊控制規(guī)則1)If E=PB and EC=NB or NS or Z then U=NB2)If E=PB and EC=PB or PS then U=NM3)If E=PM and EC=NB or NS then U=NB4)If E=PM and EC=PB then U=NS5)If E=PM and

5、 EC=PS or Z then U=NM6)If E=PS and EC=NB then U=NM7)If E=PS and EC=NS or Z then U=NS8)If E=PS and EC=PB or PS then U=Z9)If E=Z and EC=NB or NS then U=NS10)If E=Z and EC=PB or PS then U=PS11)If E=Z and EC=Z then U=Z12)If E=NS and EC=NB or NS then U=Z13)If E=NS and EC=Z or PS then U=PS14)If E=NS and E

6、C=PB then U=PM15)If E=NM and EC=NB then U=PS16)If E=NM and EC=Z or NS then U=PM17)If E=NB and EC=NS or NB then U=PM18)If E=NM and EC=PB or PS then U=PB19)If E=NB and EC=Z or PS or PB then U=PB E AiU CkEC BjA1PBA2PMA3PSA4ZA5NSA6NMA7NBB1 PBNMC6R2NS C5 R4ZC4R6PSC3R10PM C2 R14PB C1R18PB C1R19B2 PSNMC6R5PSC3R13B3 ZNBC7R1