液位控制实验课件易杰.ppt

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1、 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

2、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

3、 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

4、-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

5、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

6、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。