基于matlab的pcs流量单元模糊控制系统设计说明书

基于matlab的pcs流量单元模糊控制系统设计说明书内容摘要：

E NB NS NM ZO 1 PS PM PB 3 2 1 0 1 2 3 图 E的隶属度函数 EC NB NS NM ZO 1 PS PM PB 3 2 1 0 1 2 3 图 EC的隶属度函数 U NB NS NM ZO 1 PS PM PB 3 2 1 0 1 2 3 图 U的隶属度函数 二、模糊推理及建立模糊决策 兰州理工大学毕业设计说明书 15 然后我们将输出去模糊，即进行模糊推理，建立模糊控制器的控制规则，其形式if E is NB and EC is PS then U is PM模糊决策一般采用 Mamdani＇ s(min－ max)决策法。 这样我们就建立起 49条控制规则，控制规则如 表 314所示： 表 314 模糊控制规则表 NB NM NS ZO PM PS PB NB PB PB PB PB PM ZO ZO NM PB PB PB PB PM ZO ZO NS PM PM PM PM ZO NS NS ZO PM PM PS ZO NS NM NM PM PS PS ZO NM NM NM NM PS ZO ZO NM NB NB NB NB PB ZO ZO NM NB NB NB NB 三、精确化过程 解模糊有重 心法 、等分法、最大隶属度平均法等 5种可供选择，在此采用重心法(centroid)。 重心法是取模糊隶属度函数曲线与横坐标围成面积的重心为模糊推理最 终输出值，即   V vvV dvvdvvv 对于具有 m个输出量化级数的论域情况 ＝  mkkvmkkvkvvv11 与最大隶属度法相比较，重心法具有更平滑的输出 推理控制。 即对应于输入信号的微小变化，其推理的最终输出一般也会发生变化，且这种变化明显比最大隶属度函数法 EC U E 兰州理工大学毕业设计说明书 16 要平滑 ： 首先在 MATLAB的命令窗口中输入 fuzzy，进入模糊逻辑编辑窗口 FIS Editor。 建立 E、EC、 U的隶属度函数，有三角形、高斯形、梯形等 11种可择在此选常用的三角形 (trimf)隶属度函数。 默认的具有一个输出，添加第二个输入，并且分别命名为 E， Ec， U。 双击黄色和绿色的方框就可以进入隶属函数编辑对话框了。 设置 E,Ec的 range为 [3,3]，u的 range为 [3,3]。 然后每一个变量再添加 4个输入隶属函数，总共 7个。 如图 、图 ： 图 打开模糊控制器 图 设置两个输入 兰州理工大学毕业设计说明书 17 由于我们模糊控制器是偏差 E、偏差变化率 EC两个输入，所以我们要对模糊控制器再添加一个输入，选择 Eidit Add Input。 选择 Eidit Remove All MFS然后选择 Eidit Add MFS在弹出的对话框中选择添加 7条；然后对模糊控制器的输入隶属度函数进行编辑如图 ： 图 编辑 E 的隶属度函数 我们建立的隶属度函数的论域为 {3， 1， 2， 0， 1， 2， 3， 4}， 选择 Edit 再选Add Rules 在弹出的对话框中，进行模糊控制规则的编辑，依据模糊控制表，添加模糊控制规则 如图 所示： 图 输入模糊控制规则 保存模糊控制器为 兰州理工大学毕业设计说明书 18 SIMULINK 的搭建及其与模糊控制器的连接 ： 搭建模糊控制仿真回路如图 所示： 图 搭建控制仿真桥 将模糊控制器与建立好的模糊控制器连接，并将模糊控制器 bbk 嵌入入到当前文件夹。 具体步骤是，在 MALABL 命令窗口中输入 fuzzy bbk 运行，弹出 文件的对话框，选择 Export 下的 To Workspace，这样 SIMULINK 中的模糊控制器就替换为 内设置的内容。 模糊控制算法的仿真调试及分析 ： 对三个增益放大器的增益进行适当的调节，调节几组不同的数据得到仿真结果如图 、 图 、 图 所示。 Gain=100 Gain1= Gain2= 图 模糊控制器仿真结果 兰州理工大学毕业设计说明书 19 Gain=75 Gain1= Gain2= 图 模糊控制器仿真结果 Gain=70 Gain1= Gain2= 图 模糊控制器仿真结果 PID 控制算法的仿真调试及分析： 我们在此对比相同模型下常规 PID 控制器的控制效果，在常规 PID 控制器中的 P相当于图 35中的 Gain2， I相当于 Gain， D 相当于 Gain1。 同样，我们在 SIMULINK 中搭建 仿真 回路如图 所示。 兰州理工大学毕业设计说明书 20 图 PID 仿真控制回路 在 MATLAB 中运行该回路，然后调节不同的 PID 的参数得到几组较好的图形如以下图 、图 、图 所示： P=100， I=， D= 图 PID 仿真控制结果 P=75， I=， D= 图 PID 仿真控制结果 兰州理工大学毕业设计说明书 21 P=70， I=， D= 图 PID 仿真控制结果 对比模糊控制器下的仿真结果图我们可以看出，在相同的控制对象的情况下，模糊控制器在系统的调节结果上，调节时间上要短，而且最终的稳态误差也较小。 系统波动也不大。 只要参数合适，经过一个很短的调节时间就可以使系统稳定下来。 由此我们可以看出，在控制对象模型不明确的情况下，跟传统的 PID调节器相比较，模糊控制器的控制效果更佳。 这说明了模糊控制器，比 PID控制器有更优越的性能。 兰州理工大学毕业设计说明书 22 第四章 组态界面的开发 与仿真 组态画面的监控要实现的功能 组态软件在本设计中的任务主要是实现上位机对下位的实时监控，包括对时下流量值的监视和报警。 我们依此作出四个组态画面：登陆界面，主界面，报警界面，实时曲线界面。 我们希望四个画面之间可以相互切换，具体是从登陆界面进入主界面，主界面主要是实现对流量的数据的实时显示和报警监控。 在主界面中设置按钮，使得可以从主界面返回登陆界面，可以分别进入报警界面和实时曲线界面。 而从报警界 面和实时曲线界面也可以返回主界面。 具体流程如图 ： 图 组态画面流程图 组态画面的开发： 仿真驱动的建立 . （ 1） 我们首先打开组态软件，建立新的工程，然后再开始画面中选择开发我们新建的工程。 （ 2）进入开发界面后，我们首先建立我们需要的变量，我们整个界面面对的只有流量一个变量。 而且，我们现在首先要进行的是对组态画面的开发仿真，所以要建立的变量是仿真驱动变量。 整个过程分别如图 、图 、图 : 登陆界面 报警界面 实时曲线界面 主界面 兰州理工大学毕业设计说明书 23 建立新的工程 : 图 建立工程 图 打开工程 建立变量时 ,我们首先在工程项目中打开 I/O设备组态 ,弹出如图 ,在画面中选择力控目录下的仿真驱动 ,弹出对话框如图 ,在对话框中进行相关参数的设置 ,其中设备名称为 PLC1,地址为 0,这样就建立了一个仿真驱动 PLC1如图 示 .I/O设备对话框 : 兰州理工大学毕业设计说明书 24 图 编辑仿真驱动 图 建立仿真驱动 图 建立好驱动 兰州理工大学毕业设计说明书 25 如图 ,在项目工程中打开数据库组态弹出如图 : 图 建立数据库组态 图 设置变量 双击 NAME下的空白框 ,弹出数据类型对话框 ,选择莫伊 I/O点 ,点击继续按钮 ,弹出如 兰州理工大学毕业设计说明书 26 图 . 图 建立变量 在点名中键入名为 liuliang的变量 (注意变量名只能为字母数字 ,不能为汉字 ),设置相关参数 .选择数据连接弹出对话框如图 : 图 连接驱动器 选择 PV,I/O设备 ,在设备中选择 PLC1,点击连接相的增加按钮弹出如图 对话框 : 兰州理工大学毕业设计说明书 27 图 定义变量 在弹出的对话框中 ,寄存器地址设置为 0,寄存器类型选择三角波寄存器 ,这样变量liuliang就可以在仿真驱动的模式下 ,以三角波的规律变化 .设置完成后点击确定按钮 ,变量就与仿真驱动器连接起来了 .弹出对话框如图 : 图 完成变量连接 在菜单栏中 建立性的画面工程 ,起名为 denglu. 如图 、图 兰州理工大学毕业设计说明书 28 图 建立登陆画面 图 编辑登陆画面 我们在图中加入静态文本，在各个文本中编辑个人信息，并且加入一个按钮，选中按钮，点击右键打开组态对话框，将按钮名字改为主界面。 同理，我们建立主画面，如图。 兰州理工大学毕业设计说明书 29 图 编辑主画面 在主画面中画出对应流量单元的液罐和管道，在标准图库中选出流量计、泵、还有报警灯。 在流量计附近加入一个静态文本，取名为流量，并与变量流量建立连接如图 ： 图 连接变量 将报警灯也与流量变量进行连接，如图 ： 图 报警器变量连接 兰州理工大学毕业设计说明书 30 在表达式选项中，选择变量如图 ： 图 变量选择 我们设置当 liuliang大于 40时报警灯进行报警，当流量小于 40时，报警灯为绿色；大于 40时报警灯为红色。 我们设置四个按钮分别命名为历史趋势、报警界面、开始停止按钮、返回按钮。 ： 建立趋势画面如图。 图 建立趋势界面 兰州理工大学毕业设计说明书 31 趋势画面中加入趋势线，具体步骤是： 在工具箱中选择常用组件，择趋势曲线，如图 ： 图 添加趋势曲线 双击趋势曲线，弹出对话框如图 ： 图 设置趋势曲线 在曲线类型中选择实时趋势，将曲线名称命名为 liuliang，点击变量后的问号，弹出变量选择窗口如图 ： 兰州理工大学毕业设计说明书 32 图 趋势变量连接 选择变量为 ，点击增加如图 ： 图 命名趋势 这样我们就建立起趋势画面。 我们建立新的画面，在工具箱中选择常用组件，在常用组件对话框中选择报警，并添加按钮，命名为返回，作为报警画面与主画面的连接。 在标准图库中加入报警灯，最后 得到报警画面如图 ： 兰州理工大学毕业设计说明书 33 图 建立报警界面 双击报警灯，在弹出的组态对话框中，对报警灯进行设置如图 图 报警灯设置 同样将报警与流量变量建立连接。 这样我们就建立起报警画面。 组态画面的连接： 在登陆画面中双击主画面按钮，在弹出的对话框中，选择触动动作中选择窗口显示，选择主画面，即画面 DRAW1画面，如图 ： 兰州理工大学毕业设计说明书 34 图 登陆画面与主画面连接 同理，我们对其它各画面的按钮进行设置，这样我们就建立起个画的连接。 分别如图 、图 、图 图 连接趋势界面 图 连接报警界面。