双容水箱液位模糊控制教学内容.docx

1、双容水箱液位模糊控制教学内容双容水箱液位模糊控制一、实验目的 熟悉双容液位控制系统的组成原理。通过实验进一步掌握模糊控制原理及模糊控制规则的生成。 了解量化因子和比例因子对控制效果的影响。掌握解模糊方法及实现。二、实验设备 实验对双象为TKGK-1双容液位系统TKGK-1型实验装置：GK-06、GK-07-2万用表一只计算机系统三、实验原理图1 双容水箱液位模糊控制系统方框图图1为双容水箱液位控制系统。控制的目的是使下水箱的液位等于给定值，并能克服来自系统内部和外部扰动的影响。双容水箱液位系统如图2，该被控对象具有非线性和时滞性，建立精确的数学模型比较困难；模糊控制不仅可以避开复杂的数学模型，

2、通常还能得到比较好性能指标。模糊控制器的结构图如图3。模糊控制器的输入为误差和误差变化率：误差e=r-y，误差变化率ec=de/dt，其中r和y分别为液位的给定值和测量值。把误差和误差变化率的精确值进行模糊化变成模糊量E和EC，从而得到误差E和误差变化率EC的模糊语言集合，然后由E和EC模糊语言的的子集和模糊控制规则R（模糊关系矩阵）根据合成推理规则进行模糊决策，这样就可以得到模糊控制向量U，最后再把模糊量解模糊转换为精确量u，再经D/A转换为模拟量去控制执行机构动作。图3 模糊控制器组成原理图模糊量化：根据精确量实际变化范围a,b，合理选择模糊变量的论域为-n,n，通过量化因子k=，将其转换

3、成若干等级的离散论域，如七个等级为负大，负中，负小，零，正小，正中，正大，简写为NB,NM,NS,O,PS,PM,PB。确定模糊子集的隶属函数曲线。一般常采用三角形、梯形和正态分布等几种曲线。然后由隶属函数曲线得出模糊变量E、EC、U的赋值表。 根据经验，E模糊子集的隶数度函数取正态分布曲线，则赋值表见表一：表一：变量E隶属函数赋值表 E -6-5-4-3-2-10123456NBNMNSOPSPMPB1.00.3000000.70.60.100000.41.00.200000.20.60.500000.10.31.00.100000.10.50.40.100000.21.00.200000.

4、10.40.50.100000.11.00.30.100000.50.60.200000.21.00.400000.10.60.7000000.31.0模糊控制规则：模糊控制规则是操作经验和专家知识的总结，是进行模糊推理的依据。在设计模糊控制规则时，必须考虑控制规则的完备性、交叉性和一致性。既保证对于任意给定的输入，均有相应的控制规则起作用；控制器的输出值总是由数条控制规则来决定；控制规则中不存在相互矛盾的规则。在总结专家经验和过程知识的基础上，可以得到如表二的控制规则表： 模糊推理：模糊推理是模糊控制器的核心，模糊控制系统目前常采用的有：CRI推理的查表法、CRI推理的解析法、Mamdani

5、直接推理法、后件函数法等。本实验可采用Mamdani直接推理法。Mamdani推理法是先求出模糊关系R，再根据输入求出控制量，把控制量清晰化，可得控制查询表.本试验设计了容量为77条控制规则表，这个规则表可以用27条模糊条件语句来描述： 如：if El=NB and Ef=NB then U=PS，对应的模糊关系：R1=A1B1C5根据Ri(i=1,2,27)可以得到综合模糊矩阵R。如下计算模糊关系矩阵R:R=R1R2R27 E和EC对应的模糊变量为和，此时可由下式求出:U*=( A* B*)R 式中： 表示求合成运算.解模糊：可采用常用的重心法进行解模糊运算。表二 控制规则表 NBNMNSO

6、PSPMPBNBNMNSOPSPMPBPSNSNMNBNBNBNBPSPSNSNMNMNBNBPSPSONSNSNMNMPSPSOOONSNSPMPMPSPSONSNSPBPMPMPMPSPSNSPBPBPMPMPMPSNS四、实验步骤 1. 按图1连成控制系统图。其中被控对象为下水箱，被控制量为液位高度，控制器由计算机系统组成，接口的驱动已在“计算机控制系统”试验中完成，这里不再赘述。 2.启动工艺流程并开启相关仪器，调整传感器输出的零点与增益。 3.运行模糊控制程序，并输入参数，记录试验数据和控制曲线。 4.修改模糊控制规则，重复步骤3。 5.待系统稳定后，加手动扰动，观察系统的动态变化，

7、并记录结果。 五、实验报告要求 1.给出模糊控制器的设计过程和程序清单 2.建立EC的隶数度函数赋值表 3.建立控制查询表 4.记录试验数据和曲线 5.分析试验结果 六、思考题 1如果输入变量离散论域分为五个等级，对计算和控制效果有什么影响？ 2模糊控制达到稳态后，静差是否为零？为什么？附：双容水箱液位模糊控制的C语言程序#include graphics.h #include conio.h #include math.h #include time.h #include stddef.h #include dos.h #include stdio.h #include process.h

8、#include bios.h int sampt,key,v; static float cy600,cx600,cs6; float datain,u,u1,e2,xset,i,Ku; time_t start,end; unsigned char dat6,data_in54; unsigned char stat,data,data1; int i1,j1; main( ) int j,m,ntr,T,NUM; float adin( ),fuzzycontrol(),max,tr,t0; void daout( ),wct( ),wtp( ),wait( ); int gdriver

9、,gmode,kk; float x1,x2,x3; char *t=sampled value:,seted value:; char *tt1=L,t; gdriver=VGA; gmode=VGAHI; initgraph(&gdriver,&gmode,d:tc); wait(); /*com init*/ outportb(0x3fb,0x80); /*SETB 0x3fb.7=1*/ outportb(0x3f8,0x0C); /* LSB=0CH BPS=9600*/ outportb(0x3f9,0x00); /* MSB=00H*/ outportb(0x3fb,0x03);

10、 /* 8DATA 1STOP NO*/ outportb(0x3fc,0x03); /*SETB DTR=0 RTS=0*/ outportb(0x3f9,0x00); /*SET IE=0*/ star: inportb(0x3f8); while(!(0x20&inportb(0x3fd)=0x20); f_f5: while(!(0x20&inportb(0x3fd)=0x20); outportb(0x3f8,0x66); while(!(inportb(0x3fd)&0x01); data1=inportb(0x3f8); while(!(inportb(0x3fd)&0x01);

11、 data=inportb(0x3f8); if(data!=0x35) goto star; a_d: while(!(0x20&inportb(0x3fd)=0x20); outportb(0x3f8,0x61); while(!(inportb(0x3fd)&0x01); data=inportb(0x3f8); if(data!=0x64) exit(1); adin( ); daout(0); printf(Please Input.n); printf(nSampt(3,4,5,6)=); scanf(%d,&sampt); printf(nXset=); scanf(%f,&xs

12、et); printf(nKu=); scanf(%f,&Ku); NUM=500; setviewport(0,0,640,350,0); clearviewport( ); setbkcolor(3); setcolor(1); cleardevice(); settextjustify(LEFT_TEXT,TOP_TEXT); settextstyle(1,0,2); settextjustify(0,2); settextstyle (0,0,1); outtextxy(410,20,t1); outtextxy(410,40,t0); line(37,85,40,80); line(

13、43,85,40,80); line(585,287,590,290); line(585,293,590,290); for (j=1;j9;j+) line(40,290-j*25,45,290-j*25); line(40+j*50,285,40+j*50,290); line(490,285,490,290); line(540,285,540,290); setlinestyle(0,0,3); line(40,80,40,295); line(35,290,590,290); settextjustify(0,2); settextstyle(1,0,1); outtextxy(2

14、5,70,tt10); outtextxy(590,290,tt11); setcolor(4); setlinestyle(0,0,1); line(536,48,558,48); wct(3,200.,14,88); wct(3,150.,14,138); wct(3,100.,14,188); wct(3,xset*10.,14,288-(int)(xset*10.); wct(3,50.,14,238); wct(3,100.,135,300); wct(3,200.,235,300); wct(3,300.,335,300); wct(3,400.,435,300); wct(3,5

15、00.,535,300); wtp(Xset=,xset,5,23); wtp(Ku=,Ku,25,23); /*wtp(I=,ki,45,23); wtp(D=,kd,60,23);*/ max=0.0;ntr=0; for(i=0;i=2) if(cyimax) max=cyi; wtp(max=,max,5,25); if(ntr=0) if(cyi=xset) tr=i*sampt; wtp(tr=,tr,25,25); ntr=1; if(kbhit()!=0) key=bioskey(0); key=(key8)&0xff; if(key=44) goto loop2; loop1

16、: end=time(NULL); if(difftime(end,start)sampt) goto loop1; getch();loop2: daout(0); outportb(0x3fc,0x01); closegraph(); exit(0); float adin ( ) b_d: while(!(0x20&inportb(0x3fd)=0x20); outportb(0x3f8,0x62); while(!(inportb(0x3fd)&0x01); data=inportb(0x3f8); for(i1=0;i15;i1+) for(j1=0;j14;j1+) while(!

17、(inportb(0x3fd)&0x01); data_ini1j1=inportb(0x3f8); for(i1=0;i15;i1+) for(j1=0;j12) e2=2; if(e21) Xec=1; if(Xec255.0) Yu=255.0; if(Yu-255.0) Yu=-255.0; /*printf(Yu=%f,Yu);*/ /*Yu=abs(Yu)*/; return(Yu); void daout(x) int x; int x1,x2,x3; c_d: x1=(int)(x/100.0); x2=(int)(x-x1*100)/10.0); x3=(int)(x-x1*

18、100-x2*10); dat0=x1;dat1=x2;dat2=x3; dat3=0;dat4=0;dat5=0; for(i1=0;i16;i1+) dati1=dati1+0x30; while(!(0x20&inportb(0x3fd)=0x20); outportb(0x3f8,0x63); while(!(inportb(0x3fd)&0x01); data=inportb(0x3f8); if(data!=0x64) exit(1); while(!(0x20&inportb(0x3fd)=0x20); outportb(0x3f8,0x64); for(i1=0;i16;i1+

19、) while(!(0x20&inportb(0x3fd)=0x20); outportb(0x3f8,dati1); while(!(inportb(0x3fd)&0x01); data=inportb(0x3f8); if(data!=0x64) exit(1); void wct(b,xx,x2,y2) int b,x2,y2; float xx; char mb25; setcolor(1); gcvt(xx,b,mb2); settextjustify(0,2); settextstyle(0,0,1); outtextxy(x2,y2,mb2); void wtp(xc,xt,x1

20、,y1) char xc ; float xt; int x1,y1; textcolor(9); gotoxy(x1,y1); textcolor(1); printf(%s%7.2f,xc,xt); void wait() int i,j; printf(nn Please Wait For 1 minute !n); setbkcolor(3); setcolor(4); setfillstyle(SOLID_FILL,4); for(i=0;i361;i+) pieslice(300,200,0,i,80); delay(10); setcolor(14); setfillstyle(SOLID_FILL,14); for(i=91;i181;i+) pieslice(300,200,90,i,80); delay(50); setcolor(1); setfillstyle(SOLID_FILL,1); for(i=181;i271;i+) pieslice(300,200,180,i,80); delay(50); setcolor(2); setfillstyle(SOLID_FILL,2); for(i=271;i361;i+) pieslice(300,200,270,i,80); delay(50); delay(200); cleardevice();