单水箱液位控制系统的模糊推理建模及仿真

第 卷第 期

年 月 模糊系统与数学

文章编号

单水箱液位控制系统的模糊推理建模及仿真

王志新 谷云东 李洪兴

北京师范大学数学科学学院 北京

华北电力大学 北京 数理学院 北京

中国青年政治学院 北京

摘 要 首先 依据实际背景 利用单水箱实验系统设计了几种典型的液位控制实验 然后 将模糊推理建模法应用于实际的单水箱液位控制系统中 推导得到其数学模型 即变系数线性微分方程组 最后 利用仿真实验检验了这些数学模型的准确性 结果表明这种建模方法比较精确 充分考虑了实际系统的非线性特性

关键词 液位控制 实验设计 模糊推理建模

中图分类号 文献标识码

在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题 例如居民生活用水的供应 饮料 食品加工 溶液过滤 化工生产等多种行业的生产加工过程 通常需要使用蓄液池 蓄液池中的液位需要维持合适的高度 既不能太满溢出造成浪费 也不能过少而无法满足需求 因此 需要设计合适的控制器自动调整蓄液池的出 入 液流量 使得蓄液池内液位保持正常水平 以保证产品的质量和生产效益 这些不同背景的实际问题都可以简化为某种水箱的液位控制问题

为了提高此类液位控制系统的控制品质 实验室引进了单水箱液位控制系统 并对其进行深入一步的仿真分析 在对系统进行仿真之前 首先需要建立系统的数学模型 数学模型建立的合适

与否直接关系到控制质量的优劣 目前较为典型的建模方法是 在实际生产中采用的系统辨识

法 即用一阶滞后系统来近似复杂的液位控制系统 然后利用系统辨识的方法确定参数 从而建立一个简化的数学模型 另一种方法是机理建模法 即根据实际系统的流体运动规律建立相应的液位控制系统的运动方程

系统辨识法建立的模型是一种简化的模型 模型精度不高 机理建模法所建立的模型在理论上来讲是比较精确的 但由于实际系统中存在很多干扰因素 干扰造成模型准确度降低 模型实用性

提出了系统建模的第三种方法 即模糊推理建模方法 差 为了克服上述方法的不利因素 文献

这种方法根据输入量与输出量的逻辑关系 得到模糊推理规则库 然后将模糊推理规则库转变为某种分片的非线性方程组 即变系数非线性微分方程组 这种方法较适用于对系统的输入和输出有一 收稿日期 修订日期 基金项目 国家 九七三 重大基础研究计划基金资助项目 教育部科学技术重点资助项目 教育部 博士点基金资助项目 国家自然科学基金资助项目 作者简介 王志新 女 讲师 博士研究生 研究方向 模糊系统 系统仿真与智能控制等 谷云东 男 博士后 研究方向 模糊系统 智能控制 数据挖掘 综合决策和智能系统等 李洪兴 男教授博士生导师研究方向 模糊系统 智能控制和智能调度能等 联系作者 李洪兴