T—S模糊算法在水箱液位非線性控制中的應(yīng)用

吳桂云　田思慶

摘要：通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段及機(jī)理建模法獲得多容水箱液位控制的分段線性化數(shù)學(xué)模型，從而采用T-S型模糊算法構(gòu)成控制器，不僅能在每個(gè)模糊子區(qū)間中建立分段線性模型，還能借助隸屬度函數(shù)將各分段線性模型平穩(wěn)地連接成一個(gè)整體非線性系統(tǒng)模型，有效克服參數(shù)突變而引起的擾動(dòng)，進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

關(guān)鍵詞：水箱液位控制；分段線性化；T-S型模糊算法

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）27-6456-03

Abstract： To obtain a plurality of accommodating piecewise linear mathematical model of water tank liquid level control by means of experiment and mechanism modeling method， and T-S type fuzzy algorithm using fuzzy controller is composed of， can not only establish a piecewise linear model in each sub interval， but from the membership function of each segment linear model smoothly connected into a whole nonlinear system model parameters， effectively overcome the mutation induced perturbation， further improve the performance of control system dynamic response.

Key words： water tank liquid level control； piecewise linear； T-S type fuzzy algorithm

目前本校實(shí)驗(yàn)室的多容水箱裝置主要用于液位、溫度、流量壓力等過(guò)程控制系統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，所控對(duì)象為線性定常、數(shù)學(xué)模型是易于獲得的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用的也是傳統(tǒng)的 PID 控制算法，控制效果良好。而現(xiàn)實(shí)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程（如鍋爐汽包水位等）通常是多變量耦合、時(shí)變非線性且具有滯后復(fù)雜的被控對(duì)象，單一的傳統(tǒng) PID 控制顯然不能滿足控制需求，因而設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)先進(jìn)的控制策略、并將其運(yùn)用于教學(xué)及實(shí)踐環(huán)節(jié)則尤為重要。而多容水箱裝置本身的組合能充分模擬工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)，可為教師與學(xué)生的科研開(kāi)發(fā)、驗(yàn)證先進(jìn)的控制策略實(shí)踐提供平臺(tái)。該文正是應(yīng)用此多容水箱將現(xiàn)代智能模糊PID控制算法引入三容水箱液位控制中以滿足復(fù)雜的控制要求，并通過(guò)仿真驗(yàn)證其可行性并加以實(shí)踐。

1 三容水箱數(shù)學(xué)液位控制的建模

4 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)分析

利用Matlab環(huán)境下的Simlink構(gòu)建控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型，并針對(duì)不同液位進(jìn)行仿真。典型的仿真結(jié)果如圖5所示。

仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明水箱系統(tǒng)的控制性能盡管在低水位時(shí)動(dòng)態(tài)性能不太理想，具有一定的超調(diào)，但穩(wěn)態(tài)控制達(dá)到了預(yù)期的控制效果，控制作用穩(wěn)定、擾動(dòng)小，對(duì)實(shí)現(xiàn)多容水箱的液位非線性控制具有實(shí)用性。

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