1、東 北 大 學(xué)研 究 生 考 試 試 卷評分考試科目： 智能控制理論及應(yīng)用 論文題目： 水箱水位模糊控制系統(tǒng)實例與仿真 閱 卷 人： 考試日期： 2014.12.02 姓 名： 學(xué) 號： 注 意 事 項1考 前 研 究 生 將 上 述 項 目 填 寫 清 楚2字 跡 要 清 楚，保 持 卷 面 清 潔3交 卷 時 請 將 本 試 卷 和 題 簽 一 起 上 交東北大學(xué)研究生院水箱水位模糊控制系統(tǒng)實例與仿真摘 要水位控制系統(tǒng)在各個領(lǐng)域上都有廣泛應(yīng)用，雖然其結(jié)構(gòu)簡單但由于控制過程具有多變量，大滯后，時變性等特點，且在控制過程中系統(tǒng)會受到各種不確定因素的影響，難于建立精確的數(shù)學(xué)模型。雖然自適應(yīng)、自校

2、正控制理論可以對缺乏數(shù)學(xué)模型的被控對象進(jìn)行識別，但這種遞推法復(fù)雜，實時性差。近年來模糊控制在許多控制應(yīng)用中都取得了成功，模糊控制應(yīng)用于控制系統(tǒng)設(shè)計不需要知道被控對象精確的數(shù)學(xué)模型，對于許多無法建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng)能獲得較好的控制效果，同時又能簡化系統(tǒng)的設(shè)計，因此，在水箱水位自動控制系統(tǒng)中，模糊控制就成為較好的選擇。本文主要論述了應(yīng)用模糊控制理論控制水箱水位系統(tǒng)，首先詳盡的介紹了模糊控制理論的相關(guān)知識，在此基礎(chǔ)上提出了用模糊理論實現(xiàn)對水箱水位進(jìn)行控制的方案，建立了簡單的基于水箱水位的模糊控制器數(shù)學(xué)模型。本試驗系統(tǒng)還充分利用了MATLAB的模糊邏輯工具箱和SIMULINK相結(jié)合的功能，首先在

3、模糊邏輯工具箱中建立模糊推理系統(tǒng)FIS作為參數(shù)傳遞給模糊控制仿真模塊，然后結(jié)合圖形化的仿真和建模工具，再通過計算機(jī)仿真模擬出實際系統(tǒng)運行情況。通過試驗?zāi)M，證明了其可行性。關(guān)鍵詞： 水位控制；模糊控制；MATLAB；SimulinkArtificial modeling of fuzzy control system of water level of the water tankAbstractWater level control system at each field it application not extensive, though it of simple structure

4、 have quantity , heavy to lag behind not changeable of control course of it, when characteristic changing, it will be influenced by various kinds of uncertain factors and usually systematic in the course of controlling, so it is difficult to set up accurate mathematics model. Though self-adaptation,

5、 correct control theory can to lack mathematics model accuse of targets discerning by oneself, but this kind of method is complicated, real-time character is bad. In recent years fuzzy control in control of using achieving success, fuzzy control system is it accuse of target accurate mathematics mod

6、el to know to need to design to control, can win the better control result to a lot of unable complicated systems which set up the accurate mathematics model, it is at the same time for it can not reduced system design, so, on water tank level control automatic system, control fuzzily and become bet

7、ter choice. This text has expounded the fact mainly that uses the fuzzy control theory to control the water level system of water tank, exhaustive introduction fuzzy relevant knowledge of control theory, is it is it go on scheme that control with fuzzy theory to water tank water level to realize to

8、put forward on this basis at first, set up a simple one based on water level of the water tank to herd households of controller mathematics model. This pilot system has also fully utilized the function that the fuzzy logic toolbox of MATLAB combines with SIMULINK, is it set up fuzzy reasoning system

9、atic FIS is it give as parameter fuzzy to control the artificial module to transmit to build among fuzzy logic toolbox at first, combine emulation and modeling tool of figure, produceactual system running situation through computer artificial simulation and then. Through simulation have proved its f

10、easibility. Key words：Water level control; fuzzy control;MATLAB; Simulink目 錄1 前言11.1 水箱水位系統(tǒng)概述11.2 模糊控制理論運用于水箱水位系統(tǒng)控制的意義11.3 本文的主要任務(wù)22 模糊控制系統(tǒng)介紹32.1 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)33 水箱水位模糊控制系統(tǒng)的描述53.1 輸入輸出語言變量語言值的選取及其賦值表53.2 控制規(guī)則描述63.3 水位控制模糊關(guān)系矩陣63.4 模糊推理8 3.4.1 輸入量模糊化8 3.4.2 模糊推理93.5 模糊判決93.6 水位模糊控制查詢表104 利用MATLAB對水箱水位系統(tǒng)進(jìn)行仿

11、真114.1 水箱水位模糊推理系統(tǒng)（FIS）的建立114.2 對SIMULINK模型控制系統(tǒng)的構(gòu)建154.3 進(jìn)行Simulink模型仿真17結(jié)論19參考文獻(xiàn)20水箱水位模糊控制系統(tǒng)實例與仿真1 前言1.1 水箱水位系統(tǒng)概述目前，模糊理論及其應(yīng)用愈來愈受到人們的歡迎，在學(xué)術(shù)界也受到不同專業(yè)研究工作者的重視，在化工、機(jī)械、冶金、工業(yè)爐窯、水處理、食品生產(chǎn)等多個領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。究其原因，主要在于模糊邏輯本身提供了一種基于專家知識（或稱為規(guī)則）甚至語義描述的不確定性推理方法。控制系統(tǒng)的設(shè)計不要求知道被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，只需要提供專家或現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗知識及操作數(shù)據(jù)，因而對于許多無法建立

12、精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng)能獲得較好的控制效果，同時又能簡化系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計。充分顯示了其對大規(guī)模系統(tǒng)、多目標(biāo)系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)以及具有結(jié)構(gòu)不確定性的系統(tǒng)進(jìn)行有效控制的能力。我國模糊控制理論及其應(yīng)用方面的研究工作是從 1979 年李寶綬，劉志俊等對模糊控制器性能的連續(xù)數(shù)字仿真研究開始的，大多數(shù)是在著名的高等院校和研究所中進(jìn)行理論研究，如對模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模糊推理算法、模糊語言和模糊文法、自學(xué)習(xí)或自組織模糊控制器，以及模糊控制穩(wěn)定性問題等的研究，而其成果主要集中應(yīng)用于工業(yè)爐窯、機(jī)床及造紙機(jī)等的控制。近年來，模糊控制已滲透到家用電器領(lǐng)域。國內(nèi)外現(xiàn)在已有模糊電飯煲、模糊洗衣機(jī)、模糊微波爐、模糊空調(diào)機(jī)

13、等在市場上出現(xiàn)。在能源、化工等多個領(lǐng)域中普遍存在著各類液位控制系統(tǒng)液。各種控制方式在液位控制系統(tǒng)中也層出不窮，如較常用的浮子式、磁電式和接近開關(guān)式。而隨著我國工業(yè)自動化程度的提高，規(guī)模的擴(kuò)大，在工程中液位控制的計算機(jī)控制得到越來越多的應(yīng)用。液位控制系統(tǒng)的檢測及計算機(jī)控制已成為工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個重要方面。經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的控制效果很大一部分取決于描述被控過程精確模型的好壞，這使得基于精確數(shù)學(xué)模型的常規(guī)控制器難以取得理想的控制效果。但是一些熟練的操作工人、領(lǐng)域?qū)＜覅s可以得心應(yīng)手的進(jìn)行手工控制。因此基于知識規(guī)則的模糊控控制理論在其應(yīng)用中就有了理論和現(xiàn)實意義.1.2 模糊控制理論運用于水箱

14、水位系統(tǒng)控制的意義采用傳統(tǒng)的控制方法對鍋爐實施控制時存在以下一些難以克服的困難：（） 在一些應(yīng)用中系統(tǒng)存在嚴(yán)重耦合，如在密封容器中水與氣體的耦合。（） 由環(huán)境溫度的不斷變化給系統(tǒng)帶來的不確定性。（） 對于多級復(fù)雜的水箱水位控制系統(tǒng)存在時間滯后，包括測量帶滯后、過程延遲和傳輸時滯等。（） 在一些工作環(huán)境惡劣的條件下，在測量信號中存在大量噪聲。（） 一些工作環(huán)境經(jīng)常變化和應(yīng)用廣泛的設(shè)備的水位控制系統(tǒng)其運行參數(shù)的設(shè)定值需要經(jīng)常變化。 模糊控制理論以其非線性控制、高穩(wěn)定性、較好的“魯棒性”、對過程參數(shù)改變不靈敏、參數(shù)自調(diào)整功能等眾多經(jīng)典控制所不具備的特點能很好的克服以上所列的困難。1.3本文的主要任務(wù)

15、 本文以水箱水位控制系統(tǒng)為研究對象，本文主要是探討模糊控制理論的一種典型應(yīng)用，進(jìn)行仿真建模生成軟件模型進(jìn)行仿真調(diào)試，以期達(dá)到掌握參數(shù)，控制精度，動態(tài)特性等指標(biāo)的比較結(jié)果的目的。根據(jù)這些任務(wù)，本文主要進(jìn)行了以下幾個方面的工作：（） 對模糊理論相關(guān)知識進(jìn)行理論學(xué)習(xí)。（） 結(jié)合一級水箱水位系統(tǒng)進(jìn)行模糊控制器的設(shè)計（） 利用MATLAB/SIMULINK軟件對水箱水位系統(tǒng)進(jìn)行仿真，進(jìn)行調(diào)試。（） 對本文的工作進(jìn)行總結(jié)，得出結(jié)論并對本文涉及的內(nèi)容作出進(jìn)一步的展望。2 模糊控制系統(tǒng)介紹2.1 模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。圖 21 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從圖中可以看出，模糊控制系統(tǒng)由給定

16、輸入、模糊控制器、控制對象、檢測變送裝置、反饋信號與給定輸入的相加環(huán)節(jié)等組成。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和一般的模擬或數(shù)字控制系統(tǒng)并沒有太大的區(qū)別。模糊控制系統(tǒng)只是用模糊控制器取代模擬或數(shù)字控制系統(tǒng)中的控制器。模擬控制器是一種連續(xù)型的控制器，數(shù)字控制器是一種離散型的控制器。從理論上講，模糊控制器應(yīng)是連續(xù)型的控制器，但在工程上實現(xiàn)模糊控制主要采用數(shù)字計算機(jī)，故在實際應(yīng)用時模糊控制器又是一種離散型控制器。很明顯，模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)和其它控制系統(tǒng)區(qū)別最大的環(huán)節(jié)。模糊控制器由于是采用數(shù)字計算機(jī)實現(xiàn)的，因此它具有下列重要的功能：把系統(tǒng)的偏差從數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模糊量；對模糊量進(jìn)行一定的給出規(guī)則進(jìn)行推理；把推理的結(jié)果從

17、模糊量轉(zhuǎn)化為可用于實際控制的數(shù)字量。模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)如圖 22 所示：圖 22 模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)圖中列出了幾種維數(shù)（即輸入量個數(shù)）不同的單輸入單輸出（SISO）模糊控制器。一般情況下，一維模糊控制器用于一階被控對象。由于這種控制器輸人變量只選一個誤差，它的動態(tài)性能不佳。從理論上講，模糊控制器的維數(shù)越高，控制越精細(xì)。但是維數(shù)過高，模糊控制規(guī)則變得過于復(fù)雜?？刂扑惴ǖ膶崿F(xiàn)相當(dāng)困難。所以，目前被廣泛采用的均為二維模糊控制器，這種控制器以誤差和誤差的變化為輸人變量，以控制量的變化為輸出變量。其它復(fù)雜的模糊控制器通常都是在圖 25(b)的基礎(chǔ)上改進(jìn)或加上其它環(huán)節(jié)組成的。這些改進(jìn)后的模糊控制器可以

18、分為以下五類：PID 模糊控制器、變結(jié)構(gòu)模糊控制器、復(fù)合型模糊控制器、自校正模糊控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)的模糊控制器以PID 模糊控制器為例。 PID 模糊控制器，這種結(jié)構(gòu)是在上世紀(jì) 80 年代中期人們提出來的。由于簡單模糊控制器中缺少積分功能，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的精度受到一定限制，為了克服模糊控制器的控制靜態(tài)誤差，故把積分功能引入模糊控制器中。PID 模糊控制器的思想是把 PID 控制器的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行模糊化，從而組成一個模糊控制器。對于一般的 PID 控制器，用數(shù)學(xué)公式表示如下： （222）其中、分別為比例、積分和微分系數(shù)；e 為系統(tǒng)的給定值與輸出量的偏差；y 為 PID 控制器的輸出。式(222)

19、左邊三項分別表示比例、積分和微分作用，式(222)也可以寫成如下形式： （223）其中，d=de/dt。 將式(223)中的 y、e、d 進(jìn)行模糊化，就得到模糊量 Y、E、D，則控制規(guī)律表示為： （224）可見，式(224)是一個模糊方程，而它又反映了 PID 的特性。因此，用這種方法得到的模糊控制器就是 PID 模糊控制器。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 23 所示：圖 23 模糊 PID 控制器結(jié)構(gòu)框圖在具體實現(xiàn)時，根據(jù)對控制對象不同的控制要求，模糊 PID 控制又有模糊自整定PID 參數(shù)控制器和模糊在線自校正 PID 參數(shù)控制器（模糊自適應(yīng) PID）等多種方案。3 水箱水位模糊控制系統(tǒng)的描述 本章利用模

20、糊數(shù)學(xué)工具及模糊控制理論知識，建立一個水箱水位模糊控制器，水位模糊控制器可以設(shè)計為二維控制器，即輸入量是水位誤差和誤差變化率，輸出量是閥門控制，即單輸入單輸出統(tǒng)，較復(fù)雜的二維系統(tǒng)將在下一章里利用MUTLAB軟件構(gòu)建，并仿真。圖 31為水位模糊控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。M模糊控制器反饋壓力傳感器控制量設(shè)定圖 31 水位模糊控制系統(tǒng)3.1輸入輸出語言變量語言值的選取及其賦值表 我們選取誤差語言變量、控制語言變量的語言值為5個，即 PL，PS，O，NS，NL。設(shè)誤差、控制量語言變量的論域分別為X、Y，量化等級都為9個。有X = Y = -4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4圖32 給出了輸入、輸出語言

21、變量的隸屬函數(shù)。表3-1給出了語言變量的賦值表 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 51NL(x)NL(y)NS(x)NS(y)O(x)O(y)PS(x)PS(y)PL(x)PL(y)圖 32 輸入、輸出語言變量的隸屬函數(shù)圖量化等級隸屬度語言值-4-3-2-101234PLPSONSNL000010000.50.500010000.50.500010000.50.500010000.50.500010000表 31 輸入輸出語言變量賦值表3.2 控制規(guī)則描述總結(jié)人的控制水位策略，設(shè)計水位控制器包括5條規(guī)則如下：R1: if E = NL then U=PLR2: if E = N

22、S then U=PSR3: if E = O then U=OR4: if E = PS then U=NSR5: if E = PL then U=NL3.3 水位控制模糊關(guān)系矩陣首先，求每條規(guī)則所描述的模糊關(guān)系Ri，然后，再求描述水位控制系統(tǒng)的總的模糊控制關(guān)系R，即。63.4 模糊推理3.4.1 輸入量模糊化假設(shè)實際水位誤差量化后等級分別為-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4，然后對這些量化等級進(jìn)行模糊化。規(guī)定等級-4、-2、0、2、4模糊化后的模糊集合分別為：NL、NS、O、PS、PL。而-3屬于模糊集合NL、NS的隸屬度都等于0.5，-1屬于模糊集合NS、O的隸屬度也等于0.5

23、，1屬于模糊集合O、PS的隸屬度都等于0.5，3屬于模糊集合PS、PL的隸屬度也等于0.5。因此：（1）當(dāng)輸入誤差量化等級為-3時，其輸出控制量的模糊集合相應(yīng)于輸出論域元素的隸屬度，應(yīng)為當(dāng)輸入為NL、NS（或量化等級為-4、-2）時輸出控制量集合相應(yīng)于輸出論域元素的隸屬度和的一半?；蛘哒J(rèn)為：當(dāng)輸入誤差量化等級為-3時，其輸出控制量的精確值，為當(dāng)輸入為NL、NS（或量化等級為-4、-2）時輸出控制量精確值的一半。（2）當(dāng)輸入誤差量化等級為-1時，其輸出控制量的模糊集合相應(yīng)于輸出論域元素的隸屬度，應(yīng)為當(dāng)輸入為NS、O（或量化等級為-2、0）時輸出控制量集合相應(yīng)于輸出論域元素的隸屬度和的一半。或者認(rèn)

24、為：當(dāng)輸入誤差量化等級為-1時，其輸出控制量的精確值，為當(dāng)輸入為NS、O（或量化等級為-2、0）時輸出控制量精確值的一半。（3）當(dāng)輸入誤差量化等級為1時，其輸出控制量的模糊集合相應(yīng)于輸出論域元素的隸屬度，應(yīng)為當(dāng)輸入為O、PS（或量化等級為0、2）時輸出控制量集合相應(yīng)于輸出論域元素的隸屬度和的一半?；蛘哒J(rèn)為：當(dāng)輸入誤差量化等級為-3時，其輸出控制量的精確值，為當(dāng)輸入為O、PS（或量化等級為0、2）時輸出控制量精確值的一半。（4）當(dāng)輸入誤差量化等級為3時，其輸出控制量的模糊集合相應(yīng)于輸出論域元素的隸屬度，應(yīng)為當(dāng)輸入為PS、PL（或量化等級為2、-4）時輸出控制量集合相應(yīng)于輸出論域元素的隸屬度和的一

25、半?；蛘哒J(rèn)為：當(dāng)輸入誤差量化等級為-3時，其輸出控制量的精確值，為當(dāng)輸入為PS、PL（或量化等級為2、4）時輸出控制量精確值的一半。3.4.2 模糊推理對上述量化等級-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4模糊化后對應(yīng)的模糊集合，分別進(jìn)行模糊推理，得到的輸出模糊集合分別為U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8、U9。計算如下3.5 模糊判決對上述輸出模糊集合U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8、U9進(jìn)行模糊判決，得到控制量的精確值，乘以比例因子才能施加給被控對象。這里采用最大隸屬度法分別對輸出模糊集合U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8、U9進(jìn)行模糊判決。由于U2

26、、U4、U6、U8中各有兩個論域元素的隸屬度最大且相等，所以對它們?nèi)∽畲箅`屬度對應(yīng)元素的平均3值作為判決結(jié)果。對所有輸出模糊集合判決結(jié)果如下：u1=4、u2=3、u3=2、u4=1、u5=0、u6=-1、u7=-2、u8=-3、u9=-43.6 水位模糊控制查詢表將上述模糊控制器輸入量化等級與其輸出精確值相對應(yīng)，得到下面的模糊控制查詢表（表32）：e(xi)-4-3-2-101234u(zk)43210-1-2-3-4表 32 水位模糊控制查詢表4 利用MATLAB對水箱水位系統(tǒng)進(jìn)行仿真 在這章里我們要用MALAB軟件來對水箱水位模糊控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模試驗，基本分為三步，第一步利用此軟件所提

27、供的模糊邏輯工具箱建立水箱水位模糊控推理系統(tǒng)，第二步利用Smulink工具箱對此系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計與仿真，第三部對傳統(tǒng)的PID控制與模糊控制進(jìn)行比較。4.1 水箱水位模糊推理系統(tǒng)（FIS）的建立 水箱水位控制，如圖41圖 41 水箱水位控制通過控制進(jìn)水閥使得水箱水位保持在一定水平上。我們通常取水位誤差e和誤差變化率ec作為模糊控制器的輸入變量。其中：e=r-y（誤差=設(shè)定值-測量值）。選取誤差e的論域范圍為：-1，1，三個語言變量為：negative, zero, positive,他們的隸屬度函數(shù)均取guassmf（高斯曲線）；水位變化率ec的論域為：-0.1，0.1，三個語言變量值為：ngati

28、ve，zero，positive，他們的隸屬度寒暑也取gaussmf。確定輸出變量只有一個名字為u，5個語言變量值分別為closefast, closeslow, ochange, openslow, penfast隸屬度函數(shù)選為trimf（三角形曲線）。我們在此只需輸入自定的隸屬函數(shù)，至于模糊推理，查詢表，解模糊等fis系統(tǒng)會自己生成。選取edit菜單中的Add Variable添加一個輸入量然后按上面所說編輯各個輸入輸出量的隸屬函數(shù)，其中輸入輸出的各具體隸屬函數(shù)如圖42所示：圖 42 各隸屬函數(shù)的圖像 根據(jù)經(jīng)驗判斷：其中輸入量e隸屬函數(shù)參數(shù)（params）為negative:0.3 -1,

29、zero: 0.3 0,positive: 0.3 1。 其中輸入量ec隸屬函數(shù)參數(shù)（params）為negative:0.03 -0.1,zero: 0.03 0,positive: 0.03 0.1。 其中輸出量u隸屬函數(shù)參數(shù)（params）為 close_fast: -1 -0.9 -0.8, close_slow: -0.6 -0.5 -0.4, no_change: -0.1 0 0.1, open_slow: 0.2 0.3 0.4, open_fast: 0.8 0.9 1。其他參數(shù)圖43選取：圖 43 FIS相關(guān)參數(shù)設(shè)定編輯好后隸屬函數(shù)如圖44所示，然后根據(jù)經(jīng)驗編輯模糊控制規(guī)則

30、，雙擊模糊控制器框進(jìn)入規(guī)則編輯器：圖 44 編輯好后的隸屬函數(shù)和規(guī)則編輯器根據(jù)人工經(jīng)驗利用選框輸入如下控制規(guī)則If e is negative then u is close-fast;If e is zero then u is no-change;If e is positive then u is open-fast;If e is zero and ec is negative then u is open-slow;If e is zero and ec is positive then u is close-slow;在菜單view中的rules和surface選項分別對應(yīng)得是規(guī)則

31、觀測器和曲面觀測器，利用這兩個工具我們可以方便的觀察規(guī)則情況及調(diào)整不同的輸入時所對應(yīng)的輸出情況，使其動靜態(tài)特性一目了然：如圖45，46，47所示： 圖 45圖 46 規(guī)則觀測器圖 47 曲面觀測器至此利用MATLAB建立的水箱水位模糊推理系統(tǒng)建立完畢，要記得用菜單FileExportTo disk將建立的系統(tǒng)以tank為名稱保存在磁盤中以防丟失，另外一定要用FileExportTo Work space將其保存在工作空間中以便在下一節(jié)simulink仿真設(shè)計中調(diào)用。4.2 對SIMULINK模型控制系統(tǒng)的構(gòu)建 VALUE代表閥門，其結(jié)構(gòu)圖見圖4-8：圖 48 閥門底層結(jié)構(gòu)圖WATER TANK

32、代表水箱它是一個子系統(tǒng)模塊，其結(jié)構(gòu)圖見49：圖 49 水箱底層結(jié)構(gòu)圖PID為傳統(tǒng)PID控制器結(jié)構(gòu)見圖410：圖 410 PID底層結(jié)構(gòu)圖添加完控件后開始連線，構(gòu)建好的水箱水位模糊控制系統(tǒng)模型見圖411：圖 411 構(gòu)建好的水箱水位模糊控制系統(tǒng)模型 雙擊模糊控制器（Fuzzy Logic Controller），在FIS File Structure文本框中輸入tank，調(diào)用上一節(jié)制作的模糊推理系統(tǒng)。成功鏈接如圖412圖 412 tank FIS結(jié)構(gòu)與模糊控制器模塊的成功鏈接 到此就已經(jīng)構(gòu)建好了整個Simulink模型系統(tǒng)，下一步就可以對所構(gòu)建的模糊系統(tǒng)進(jìn)行仿真。4.3 進(jìn)行Simulink模型

33、仿真在仿真之前，還需要設(shè)置仿真參數(shù)， 參數(shù)的設(shè)置如圖413：圖 413 仿真參數(shù)設(shè)計這里只用設(shè)置Solver選項卡，其余的選項卡用默認(rèn)設(shè)置即可。本節(jié)的任務(wù)主要是觀察在所給定的輸入信號下水箱水位隨時間的影響情況，并比較傳統(tǒng)PID控制器和模糊控制器的控制效果。選擇菜單SimulationStart，系統(tǒng)便開始仿真，const元件的常數(shù)設(shè)定為-1時系統(tǒng)由模糊控制器控制，其設(shè)定值為1時由PID控制器控制，示波器change，scope2，scope4分別顯示的是誤差變化率、水箱的溢水情況、水箱流出水流量隨時間的變化的波形，主要用來監(jiān)視工作狀態(tài)的，而示波器Comparison是顯示控制器輸出的波形的，仿

34、真運行時雙擊此元件即可看到動態(tài)的波形輸出。模糊控制器與PID控制器的輸出波形如圖4-14所示：圖 414 模糊控制器與PID控制器輸出結(jié)果的比較 小結(jié) 根據(jù)上一節(jié)仿真結(jié)果的比較，我們能看出模糊控制較傳統(tǒng)的PID控制來講具有響應(yīng)速度快、適應(yīng)性較強(qiáng)，即魯棒性好、超調(diào)量小穩(wěn)定時間較長等優(yōu)點，顯示出預(yù)期良好的穩(wěn)態(tài)性能。結(jié)論 自20世紀(jì)40年代以來用計算機(jī)方法去研究系統(tǒng)的特性成為科學(xué)發(fā)展的時尚，在計算機(jī)上對構(gòu)成的系統(tǒng)模型進(jìn)行試驗，為模型的建立和試驗提供了巨大的靈活性和方便性，利用計算機(jī)，使得數(shù)學(xué)模型的求解變得更加方便、快捷和精確，能解決問題的領(lǐng)域也大大擴(kuò)展。水箱水位控制系統(tǒng)在工業(yè)中利用廣泛，本文僅以一級系統(tǒng)作為仿真實例，并利用計算機(jī)輔助控制的設(shè)計原則，在工業(yè)中一般簡單的水位控制系統(tǒng)是不采用計算機(jī)控制的，甚至多數(shù)都并不采用其他的電子設(shè)備控制，而是直接采用浮漂、杠桿等簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)就已足夠應(yīng)用了，但是隨著工業(yè)的發(fā)展，一些深加工行業(yè)（如化工）需要采用多級水箱，另外一些應(yīng)用（如能源行業(yè)）存在各輸入輸出量嚴(yán)重耦合現(xiàn)象，在這些復(fù)雜、龐大的系統(tǒng)面前，傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)已不能滿足要求，甚至傳統(tǒng)的PID控制也已捉襟見肘。因此利用模糊控制來實現(xiàn)水位控制的想法才能浮