模糊控制技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

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1、模糊控制技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用研究　摘?要：針對(duì)采用水塔、高位水箱及氣壓罐供水效果差的問(wèn)題，采用模糊控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)樓群恒壓供水，通過(guò)壓力控制，減少超調(diào)和振蕩，取得穩(wěn)定的控制效果。本系統(tǒng)尤其適合要求恒壓供水的場(chǎng)合，可以滿足高層建筑，生活小區(qū)，軍事設(shè)施的用水等。?關(guān)鍵詞：模糊控制變頻調(diào)速1引言???當(dāng)今城市高樓林立，為高層建筑提供完備的供水系統(tǒng)是城市建設(shè)中一項(xiàng)重要的內(nèi)容。本文論述一套樓群恒壓供水系統(tǒng)，此系統(tǒng)將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于供水系統(tǒng)的控制過(guò)程，采用了微機(jī)控制及交流變頻調(diào)速技術(shù)，是集機(jī)械、電氣、微機(jī)控制于一體的控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)將現(xiàn)代控制理論引進(jìn)了城市供水領(lǐng)域，可以

2、取代傳統(tǒng)的水塔、高位水箱及氣壓罐供水裝置，為局部加壓供水開(kāi)辟了新途徑。樓群恒壓供水系統(tǒng)是通過(guò)變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)節(jié)水的流量來(lái)達(dá)到恒壓供水的目的，系統(tǒng)最終控制目標(biāo)是水的壓力。2模糊控制器的設(shè)計(jì)???由于模糊控制方式是一種非線性控制方式，對(duì)數(shù)學(xué)模型粗糙的系統(tǒng)可以取得令人滿意的效果，因此本系統(tǒng)考慮采用模糊控制技術(shù)。模糊控制器的控制步驟分為三步：精確量模糊化、模糊控制規(guī)則推理、模糊判決（見(jiàn)圖1）。????定義一個(gè)模糊子集，實(shí)際上就是要確定模糊子集隸屬函數(shù)曲線的形狀。將確定的隸屬函數(shù)曲線離散化，就得到了有限個(gè)點(diǎn)上的隸屬度，由此便構(gòu)成了一個(gè)相應(yīng)的模糊變量的模糊子集。輸入隸屬函數(shù)見(jiàn)圖2。

3、???????本系統(tǒng)采用二維模糊控制器。設(shè)模糊變量為：e（溫差）、ec（溫差變化率）、u（輸出量）。輸入輸出變量語(yǔ)言可以表達(dá)為：｛負(fù)大（NB），負(fù)?。∟S），負(fù)零（NZ），正零（PZ），正小（PS），正大（PB）｝。???系統(tǒng)中溫度誤差、溫度誤差變化率的基本論域分別設(shè)為+e、+ec，其范圍定為［-5，+5］，精確量均可劃分為12個(gè)等級(jí)［２］。???輸出量u的論域設(shè)定為+u，其范圍定為［-6，+6］，精確量劃分為14個(gè)等級(jí)。???本系統(tǒng)為雙輸入單輸出模糊控制器，根據(jù)過(guò)程控制的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得到一系列推理語(yǔ)言規(guī)則可寫成如下形式：???????IFE=（NB）andEC=（P

4、B）thenU=（PB）(1)???例如：溫度偏差（E＝e′）為負(fù)大且偏差變化率（EC＝ec′）為正大，則輸出控制增量（U=Δu）應(yīng)為正大，以減小負(fù)偏差，使其趨近于給定值。根據(jù)這些模糊條件語(yǔ)句可歸納為一個(gè)模糊關(guān)系：????????R＝∪(E×ＥＣ）*Ｕ(2)???式中∪、×為模糊關(guān)系矩陣的“并”和“交”運(yùn)算，由E、EC及（2）式推理合成規(guī)則，得到控制增量模糊集U：????????U=（E×EC）*R(3)???求出控制決策U，再按隸屬函數(shù)中位數(shù)方法得到相應(yīng)的控制增量Δu，再經(jīng)計(jì)算機(jī)離線反復(fù)調(diào)試修正，得到模糊控制表。實(shí)時(shí)控制時(shí)，根據(jù)輸入偏差與輸入偏差變化率的模糊值直

5、接查找控制表，獲得控制量［３］（見(jiàn)表）。???進(jìn)行模糊化處理必須將輸入變量從基本論域轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的模糊集的論域，因此在設(shè)計(jì)中引進(jìn)量化因子Ｋ１、Ｋ２。量化因子的大小對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響很大，Ｋ１選得較大，系統(tǒng)的超調(diào)也大，過(guò)渡過(guò)程長(zhǎng)。Ｋ２大，超調(diào)小，但響應(yīng)速度慢。而比例因子Ｋ３的大小也影響模糊系統(tǒng)的特性，過(guò)小會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)相應(yīng)過(guò)程長(zhǎng)，過(guò)大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩。因此，在系統(tǒng)中加入自調(diào)整比例因子模糊控制器，在實(shí)時(shí)控制過(guò)程中改變量化因子與比例因子，以期調(diào)整整個(gè)控制過(guò)程中不同階段上的控制特性，得到良好的控制效果［４］?！?系統(tǒng)構(gòu)成???樓群恒壓供水系統(tǒng)由微控制器、變頻器、電源多路轉(zhuǎn)換開(kāi)

6、關(guān)、三臺(tái)由交流異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的水泵、壓力傳感器以及I/V變換器等構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖3。變頻器驅(qū)動(dòng)1#或2#泵的交流異步電動(dòng)機(jī)（1#泵為主泵，2#泵為備用泵），對(duì)其進(jìn)行模糊控制，實(shí)現(xiàn)交頻調(diào)速；根據(jù)水壓偏差決定是否為3#泵切入工頻電源使其工作，三臺(tái)水泵的水管線路并行運(yùn)行。MCS-51彈片機(jī)作為系統(tǒng)的微控制器，它根據(jù)壓力傳感器的測(cè)量值按著模糊控制理論控制變頻器的輸出頻率，從而控制水泵的輸出壓力，最后使整個(gè)供水系統(tǒng)網(wǎng)中的末端壓力保持恒定，使得整個(gè)系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)。?4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)???由于可用D/A輸出連續(xù)量控制執(zhí)行閥開(kāi)度，所以采用位置型輸出控制。?

7、??????Ui＝Ｕi-1＋ＡＵ(i)0同時(shí)，為提高控制量運(yùn)算精度，系統(tǒng)內(nèi)控制運(yùn)算采用增量加以限副處理，使控制作用平滑，避免因?yàn)榻o定值變化使輸出有較大波動(dòng)，以至引起系統(tǒng)振蕩，本系統(tǒng)采用分段多?？刂疲ㄒ?jiàn)圖4及5）。????其中ΔＥi為壓力測(cè)量值??5參考文獻(xiàn)［1］李士勇著模糊控制.神經(jīng)控制和智能控制［Ｍ］，1998年［2］Tanaka,K.andSugeno,M.StabilityAnalysisandDesignofFuzzyControlSystems［Ｊ］.FuzzySetsandSystems,199