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模糊控制功能在InTouch平台DDE技术在组态软件中扩展先进控制功能的方法 第18页

更新时间:2008-9-8:  来源:毕业论文

三容水箱系统的模糊控制
在一个两变量确定的等式[X1 X2]oR=Y中,假设X2已知,X1Y1之间的模糊关系就构造出来了,表示为R´。因此,模糊关系等式变成了X1oR´=Y。这就是一个线性单变量确定的等式,当X1X2存在相互影响时,这种直接的简化关系就不能实现。

在传统控制中解耦概念就是将多输入多输出对象中的相互影响分解。解耦器消除了控制动作对单回路控制的影响,即Uk(t)对另一个回路输出yi(t)的影响,因此分解Uk(t)Ui(t)ik)之间的相互影响。解耦器通过作出一个Uk(t)作用于yi(t) ik)的附加动作来补偿Uk(t) yi(t) ik)的影响。在这个时间范围内,当Uk(t)ik)变化时yi(t)仍然保持等于yi(t-1)不变。

基于解耦器的概念,为三容水箱对象设计两个模糊反推理控制器,一个以q1作为输入变量,h1作为输出变量,它也有两个辅助变量h1h3,这个控制器里的模糊关系是q1 h2 h3h1之间的关系,表示为R1,控制器的模糊关系为:

[Q1  H1  H3]*R1=H1                    (4)

其中,Q1  H1  H3H1是对应于q1 h1 h3h2的模糊变量。当选择了新的设定点h1sp时,等式h1(t+1)h1sp-h1(t)就会被计算一遍,并生成目标结果H1。 通过求解等式(4),可以推断出控制动作q1,当h1(t+1)被计算了一次,而辅助变量h3保持不变,则控制器产生了一个额外的效果来抵消q1h3的影响,从而消除了q1h1的间接影响。

辅助模糊变量H1H3是由实测数据h1 h3算出,因此等式(4)可以重新写为线性等式,取名为                                 (5)

其中 R1′由R1,H1,H3算出。

一个三文矩阵定义为X=[Q1  H1  H3],输入Xijk=q1i h1j h3k表示模糊规则的先行部分,“if Q1 is A and H1 is B and H3 is CkThen H1 is Dl”,其中q1i h1j h3k分别是模糊矩阵Ai,BjCk的元素的隶属度.

模糊关系矩阵R1是一个四文矩阵。R1的元素rijk是给定模糊规则的确定程度。

由等式(4),模糊矩阵D的元素的隶属度 计算为:

Xijkq1i h1j h3k替代,并且用t规范和t(∧和V)的结合律

和交换律来重组等式(6)如下:          (8)

将以上步骤用于H1的所有元素h1l(l=1.2L)推到出二文的模糊关系矩阵

 完全定义后,给出一个新的设定点h1sp就可以用算法来解出线性模糊关系等式(5)并产生控制动作q1

另一个模糊反推理控制器具有类似的结构,它将变量q2作输入变量h2作为输出,辅助变量是h2h3,仍然通过解耦技术来实现模糊反推理并从具体的设定点h2sp中获得控制动作。 

4.实验结果

设计好的模糊反推理控制器用来在不同的操作条件下控制液位。首先,对象必须如下设置:三个水箱都是空的并完全连接在一起,出口阀门开度处于中间位置。设没有渗漏并且设定值h1sp h2sp200mm,系统的初始状态稳定,设定值突然改变为h1sp=h2sp=400mm,突然给水箱Ⅱ增加20%的水流量来来模拟扰动,并文持120s直到对象重新恢复稳态.

以下为所有不同操作条件下的设计要求

稳态误差(ε)2.50%  (9a)

上开时间( )90s    (9b)

最大超调(Mp)5%     (9c)

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