盧春華， 鞏銀苗， 姚現(xiàn)科

（1.安陽工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院， 河南 安陽 455000；2.北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 北京 100029）

1 液位對(duì)象及其數(shù)學(xué)模型

液位檢測(cè)由于受到多重因素的影響，例如對(duì)象的自衡度、液體的黏滯系數(shù)等等，增加了其控制系統(tǒng)的復(fù)雜性[1]。

2 傳統(tǒng)PID控制方案設(shè)計(jì)與仿真

單回路PID控制系統(tǒng)和串級(jí)PID控制系統(tǒng)中Plant模塊的仿真搭建如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖

采用衰減曲線法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)，得到比較理想的過渡過程曲線如圖2所示。從圖2可以看出，串級(jí)PID控制的超調(diào)量、峰值時(shí)間、過渡過程時(shí)間均要好于單回路PID控制，具有更好的穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)性能[2]。

圖2 兩種控制方案控制輸出曲線

3 模糊控制方案設(shè)計(jì)與仿真

模糊控制是一種反映人類智慧的智能控制方法。其設(shè)計(jì)不依賴于被控對(duì)象的模型，它將控制專家或操作者的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，融入到控制算法當(dāng)中，解決復(fù)雜控制問題，如建模困難、多變量強(qiáng)耦合、高度非線性等。

制定模糊控制規(guī)則是模糊控制算法的核心，它的原則是在保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)達(dá)到最好的靜、動(dòng)態(tài)特性。根據(jù)具體經(jīng)驗(yàn)建立模糊規(guī)則，得出控制量組成模糊控制器的查詢表。打開MATLAB，在彈出的窗口中輸入fuzzy，調(diào)出模糊控制器，設(shè)置隸屬度函數(shù)參數(shù)，然后設(shè)定模糊規(guī)則，最后核查模糊規(guī)則。系統(tǒng)輸入/輸出特性曲面圖如下頁圖3所示。

最后搭建仿真控制系統(tǒng)，得到輸出過渡過程曲線如下頁圖4所示。

由下頁圖4可以看出，模糊控制方案具有最短的過渡過程時(shí)間，最小的超調(diào)量以及最小的穩(wěn)態(tài)偏差?？傮w上來說，模糊控制方案的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能最好。

4 結(jié)論

圖3 系統(tǒng)輸入/輸出特性曲面圖

本文以雙容水箱為被控對(duì)象，設(shè)計(jì)三種控制方案：PID單回路控制、串級(jí)PID控制、模糊串級(jí)控制，分別對(duì)三種控制方案進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，并取得了其輸出曲線。由仿真結(jié)果可以得到，模糊控制對(duì)于非線性、大時(shí)延、強(qiáng)耦合、多擾動(dòng)的系統(tǒng)具有更強(qiáng)的魯棒性。

圖4 模糊串級(jí)控制曲線圖