液位控制实验课件易杰.ppt

液位控制实验课件液位控制实验课件 易杰 实验一实验一 PIDPID控制实验控制实验1 1、实验背景、实验背景 PID三类基本控制器为：（1）比例控制：（2）积分控制：（3）微分控制：并联形式的连续时间PID控制器：数字PID控制器可以通过离散化连续时间PID控制器得到：（1）比例控制：（2）积分控制：（3）微分控制：其中 ，及 。数字PID控制器可以通过离散化连续时间PID控制器得到：其中 ，及 。上面的PID控制算法是针对于单输入单输出的系统的。对于多输入多输出的系统，可以使用多个PID控制器，组成多个控制回路进行控制。但对于各个回路间存在耦合情况时，需要通过对各回路进行解耦，然后对各个回路进行控制。（参见相关多变量控制书籍）2 2、实验目的实验目的 熟悉PID控制算法及其参数的选取过程。3 3、实验设备实验设备 （1）IBM PC 386以上或其兼容机，和VGA显示器 （2）A/D-D/A数据采集卡 （3）水箱实验软件4 4、实验步骤、实验步骤 （1）根据实验需要，打开或者关闭水柱间的连通阀和水柱的出水阀。打开水箱的电控箱开关。（2）进入实验软件。配置好系统参数。（3）开始实验，选择PID控制方式。（4）通过控制器设计，选择合适的PID控制器参数，在控制参数设置界面设置PID控制参数。（5）选择“开始控制”，进行闭环控制。观察控制效果。（6）选择“保存数据”，保存实验结果。5 5、实验结论、实验结论 给出PID控制参数及系统配置，给出当前参数下的控制效果。实验二实验二 模糊控制实验模糊控制实验1 1、实验背景、实验背景 1.1 1.1 模糊逻辑控制器模糊逻辑控制器(FLC)(FLC)模糊逻辑系统的结构如图1所示，包括模糊化，模糊规则，模糊推理和去模糊化。图1 模糊逻辑控制系统的结构模糊化：模糊化：在模糊逻辑中，每个语义输入（linguistic input）（如：大，中和小）是一个模糊集合。模糊集合使用隶属度函数来定义一个元素属于集合的程度（即，模糊化），取值于0到100%。模糊规则库：模糊规则库：模糊规则库由一组模糊IF-THEN规则组成，模糊推理机使用模糊IF-THEN规则来确定从输入模糊集合到输出模糊集合的一个映射。模糊IF-THEN规则形式如下：R1:IF IF 误差为大大且误差变化为小小且THENTHEN输出为中中 R2:IF IF 误差为小小且误差变化为大大且THENTHEN输出为小小去模糊化：去模糊化：模糊系统的输出为模糊集。由于被控过程要求实值控制，需要一个去模糊化阶段。有多种去模糊化方法，重心法是最常用的方法。1.2 1.2 二输入单输出模糊控制器二输入单输出模糊控制器 对双容水箱系统。我们使用模糊控制器来控制双容水箱的水位（如图5）。有两个状态模糊输入变量，误差（e）和误差变化量（e）。模糊控制量为水阀的控制电压（u）。模糊控制方块图如图2 图2 模糊逻辑控制方块图 对于每个模糊变量假定有7个模糊集合值：正大（PL），正中（PM），正小（PS），零（ZE），负小（NS），负中（NM），负大（NL）。我们定义模糊集合PL，PM，.NM，NL为实轴区域上的三角形，如图3。图3 e/e/u的隶属度函数模糊规则：变量 模糊值模糊集合 误差（e）：NL NM NS ZE PS PM PL 误差变化（e）：NL NM NS ZE PS PM PL 输出（u）：NL NM NS ZE PS PM PL控制规则：R1：IFIF e为PL且e为PS THEN THEN 输出为PM R2：IFIF e为NL且e为NS THEN THEN 输出为NM N.B.控制器的稳态：IFIF e为ZE且e为ZE THEN THEN 输出为ZE生成规则表如下：模糊控制器的推理过程 我们使用最大最小规则分别作为模糊逻辑的“或”，“与”。模糊逻辑“与”操作定义为：图4 模糊推理和重心法去模糊化 在本例中，实值控制输出（u）使用模糊重心去模糊化方法（图4）。其中Ct为e的模糊子集2 2、实验目的实验目的 根据上述实验背景,熟悉模糊控制方法及其参数调整过程。3 3、实验设备实验设备 （1）IBM PC 386以上或其兼容机，和VGA显示器 （2）A/D-D/A数据采集卡 （3）水箱实验软件4 4、实验步骤、实验步骤 （1）根据实验需要，打开或者关闭水柱间的连通阀和水柱的出水阀。打开水箱的电控箱开关。（2）进入实验软件。配置好系统参数。（3）开始实验，选择模糊控制方式。（4）通过控制器设计，选择合适的模糊控制器参数。在模糊控制参数设置界面设置控制器参数。（5）选择“开始控制”，进行闭环控制。观察控制效果。（6）选择“保存数据”，保存实验结果。5 5、实验结论、实验结论 列出使用的模糊控制器参数及其它系统参数（如采样时间、控制间隔）。给出模糊控制器的控制结果。