基于MATLAB的水箱水位模糊控制

徐州师范大学机电工程学院课程设计纸第1页目录前言1．模糊控制概述1.1模糊控制的产生及特点······························31.2模糊控制技术的发展································41.3模糊控制理论的研究现状····························52.模糊推理原理2.1模糊控制的基本工作原理······························63.基于MATLAB的水箱供水模糊控制3.1水箱水位模糊控制系统设计··························8小结················································16参考文献···········································17徐州师范大学机电工程学院课程设计纸第2页前言随着社会经济的迅速发展，水对人们生活与工业生产的影响越来越重要，尤其是近几年，随着居民生活水平的显著提高和城市化进程的加快，居民生活用水和工业用水增长幅度加大，原有的供水系统已经不能满足人们的需求。为了保证正常的供水，这里应用模糊控制技术，实现对水箱水位的自动控制。徐州师范大学机电工程学院课程设计纸第3页3、基于MATLAB的水箱供水模糊控制3.1水箱水位模糊控制系统设计本系统设计基于MATLAB图形模糊推理系统，设计步骤如下：（1）打开MATLAB，输入指令fuzzy，打开模糊逻辑工具箱的图形用户界面窗口，新建一个Mamdani模糊推理系统。图3.1在FISEditor窗口中新建水位控制模糊推理系统（2）增加一个输入变量，将输入变量命名为水位误差、误差变化，将输出变量命名为阀门开关速度。这样就建立了一个两输入单输出的模糊推理系统，保存为shuixiang.fis。徐州师范大学机电工程学院课程设计纸第4页图3.2增加一个输入变量（3）设计模糊化模块：设水位误差的论域为[-11]，误差变化的论域为[-0.10.1]；两个输入量的模糊集都定为5个：其中水位误差定为高、偏高、合适、偏低、低五等；参数分别为[0.3-1]、[0.3-0.5]、[0.30]、[0.30.5]、[0.31]；徐州师范大学机电工程学院课程设计纸第5页图3.3设计水位误差模块误差变化分为大、偏大、合适、偏小、小五等。参数分别为[0.03-0.1]、[0.03-0.05]、[0.030]、[0.030.05]、[0.030.1]，隶属度函数均为高斯函数。徐州师范大学机电工程学院课程设计纸第6页图3.4设计误差变化模块阀门的开关速度定为5等：快开、慢开、不动、慢关、快关。参数分别为[-0.2500.25]、[00.250.5]、[0.250.50.75]、[0.50.751]、[0.7511.25]。论域为[-11]。隶属度函数为三角形函数。徐州师范大学机电工程学院课程设计纸第7页图3.5设计输出模块（4）设置模糊规则：打开RuelEditor窗口，通过选择添加模糊规则：1）if(水位误差is高)and(误差变化is大)then(阀门开关速度is快关)2)if(水位误差is高)and(误差变化is偏大)then(阀门开关速度is快关)3)if(水位误差is高)and(误差变化is合适)then(阀门开关速度is慢关)4)if(水位误差is高)and(误差变化is偏小)then(阀门开关速度is慢关)5)if(水位误差is高)and(误差变化is小)then(阀门开关速度is慢关)6)if(水位误差is偏高)and(误差变化is大)then(阀门开关速度is快关)7)if(水位误差is偏高)and(误差变化is偏大)then(阀门开关速度is快关)8)if(水位误差is偏高)and(误差变化is合适)then(阀门开关速度is慢关)徐州师范大学机电工程学院课程设计纸第8页9)if(水位误差is偏高)and(误差变化is偏小)then(阀门开关速度is慢关)10)if(水位误差is偏高)and(误差变化is小)then(阀门开关速度is慢关)11)if(水位误差is合适)then(阀门开关速度is不动)12)if(水位误差is偏低)and(误差变化is大)then(阀门开关速度is快开)13)if(水位误差is偏低)and(误差变化is偏大)then(阀门开关速度is快开)14)if(水位误差is偏低)and(误差变化is合适)then(阀门开关速度is慢开)15)if(水位误差is偏低)and(误差变化is偏小)then(阀门开关速度is慢16)if(水位误差is偏低)and(误差变化is小)then(阀开)门开关速度is慢开)17)if(水位误差is低))then(阀门开关速度is快开)这17条规则的权重都为1.图3.6定义、修改模糊规则徐州师范大学机电工程学院课程设计纸第9页通过曲面观察器可以清晰的看见水箱液位模糊推理的输入输出关系。图3.7SurfaceViewer通过规则观察器可以清晰的查看对具体输入的模糊推理及输出情况。其输入输出关系如下表：徐州师范大学机电工程学院课程设计纸第10页图3.8RuleViewer表3.1调试结果-0.514-0.293600.29360.514-0.0682-0.457-0.282-2.06e-0170.2820.457-0.0461-0.462-0.2953.53e-0180.2950.4620-0.384-0.2623.53e-0180.2620.3870.0461-0.367-0.2479.49e-0180.2480.3870.0682-0.364-0.2479.18e-0050.2490.384水位误差阀门开关速度误差变化徐州师范大学机电工程学院课程设计纸第11页小结随着科学技术的发展，智能控制技术必会日趋完善，并且能够在多领域应用。此设计是基于MATLAB的模糊控制系统，通过调试及仿真，可以初步得出水箱水位控制的关系原理，从而为在实际应用中提供一个参考，但在实际应用中还应考虑实际的影响因素，例如环境对控制系统的影响、人为因素对控制系统的影响等。面对实际问题时应具体问题具体分析。有不足的地方再加以改进。徐州师范大学机电工程学院课程设计纸第12页参考文献：1、马明远．人工智能与专家系统导论．北京：清华大学出版社，20062、韩力群．智能控制理论及应用．北京：机械工业出版社，20083、王耀南，孙炜．智能控制理论及应用．北京：机械工业出版社，20084、韩俊峰，李玉惠等．模糊控制技术．重庆：重庆大学出版社，20035、李祖枢，涂亚庆．仿人智能控制．北京：国防工业出版社，20036、李友善,李军.模糊控制理论及其在过程控制中的应用[M].北京：国防工业出版社,1993.7、张化光.复杂系统的模糊辨识与模糊自适应控制.沈阳:东北大学出版社,1994.8、窦振中.模糊逻辑控制技术及其应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,1995.9、权太范等.模糊控制技术在过程控制中的应用现状及前景.控制与决策,1988,3(1）：59-62.10、汪培庄.模糊集合及应用.上海:上海科学技术出版社,1983.