【水位控制】基于模糊控制实现水位控制附Matlab代码

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⛄ 内容介绍

基于模糊控制的水位控制是一种常用的控制方法，可以通过模糊逻辑来实现对水位的自动调节。下面是基于模糊控制实现水位控制的基本步骤：

1. 系统建模：首先需要对水位控制系统进行建模，包括确定输入变量和输出变量。例如，输入变量可以是水泵的开启程度，输出变量可以是水位的高低。同时，还需考虑到系统的特性和约束条件。
   
2. 设计模糊控制器：根据系统建模的结果，设计模糊控制器的结构和规则。模糊控制器一般包括模糊化、模糊推理和解模糊化三个部分。
   

• 模糊化：将实际的输入变量（如水位误差）转化为模糊集合，可以使用隶属度函数来描述不同程度的归属度。
  
• 模糊推理：基于设定的规则和输入变量的模糊集合，进行推理并生成模糊输出。常见的推理方法包括最小最大（min-max）法、加权平均法等。
  
• 解模糊化：将模糊输出转化为具体的控制信号。可以使用反模糊化方法，如去模糊化加权平均法、去模糊化中心平均法等。
  

3. 系统仿真与优化：使用设计好的模糊控制器进行系统仿真，观察系统响应情况，并根据实际需求进行调整和优化。
   
4. 实时控制：将优化后的模糊控制器应用于实际系统中，实时监测水位并根据控制策略调整水泵的开启程度，实现水位的稳定控制。
   

需要注意的是，模糊控制具有灵活性和鲁棒性，适用于复杂的非线性系统。但在设计模糊控制器时，需要考虑到系统的动态特性、模糊规则的合理性和调整参数等因素，以获得良好的控制效果。此外，模糊控制器还可以与其他控制方法相结合，如PID控制器，以进一步提高系统的性能和稳定性。

⛄ 部分代码

%水位模糊控制算法clear all;close all;num=2;den=[5,1];umax=0.01;N=3000;sys=tf(num,den);a = newfis('fuzzy tank');%创建并返回一个新的FIS系统%将偏差e划分为5个模糊集，负大(NB)、负小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正大(PB)，e为负表示当前水位低于目标水位，e为正表示当前水位高于目标水位。a = addvar(a,'input','e',[-3,3]);%向模糊推理系统中添加语言变量a = addmf(a,'input',1,'NB','zmf',[-3,-1]);%向模糊推理系统的语言变量添加隶属度函数a =addmf(a,'input',1,'NS','trimf',[-3,-1,1]);%a为模糊推理系统对应的矩阵变量名a =addmf(a,'input',1,'ZO','trimf',[-2,0,2]);%“input”指定语言变量类型的字符串a =addmf(a,'input',1,'PS','trimf',[-1,1,3]);%“1”指定语言变量编号的数字a = addmf(a,'input',1,'PB','smf',[1,3]);%“PB”指定隶属度函数的名称；“smf”指定隶属度函数类型；“[1,3]”指定隶属度函数的参数%同样将控制量u划分为5个模糊集，负大(NB)、负小(NS)、零(ZO)、正小(PS)、正大(PB)，u为负表示增大进水阀门S1的开度(同时减小出水阀门S2的开度)，u为正表示减小进水阀门S1的开度(同时增大出水阀门S2的开度)。a = addvar(a,'output','u',[-4,4]);a = addmf(a,'output',1,'NB','zmf',[-4,-2]);a =addmf(a,'output',1,'NS','trimf',[-4,-2,0]);a =addmf(a,'output',1,'ZO','trimf',[-2,0,2]);a =addmf(a,'output',1,'PS','trimf',[0,2,4]);a = addmf(a,'output',1,'PB','smf',[2,4]);%建立模糊规则rulelist=[1 1 1 1;         2 2 1 1;         3 3 1 1;         4 4 1 1;         5 5 1 1];a = addrule(a,rulelist);figure(1);plot(kk,yy,'r');

⛄ 运行结果

⛄ 参考文献

[1] 王卓,付冬梅,刘德军.锅炉汽包水位控制系统的研究[J].自动化仪表, 2006, 27(11):3.DOI:10.3969/j.issn.1000-0380.2006.11.016.

[2] 孙勇智,于海蓉.基于组态软件和MATLAB的水位模糊控制系统[J].浙江科技学院学报, 2007, 19(1):4.DOI:10.3969/j.issn.1671-8798.2007.01.005.

[3] 王劲松,朱会东,杨伟红.基于Matlab的锅炉水位模糊控制[J].机械与电子, 2008(12):4.

[4] 李中宁.基于MATLAB的锅炉水位模糊控制系统的设计和分析[D].长春理工大学,2008.DOI:10.7666/d.y1242344.

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