T—S模糊算法在水箱液位非线性控制中的应用

吴桂云　田思庆

摘要：通过实验手段及机理建模法获得多容水箱液位控制的分段线性化数学模型，从而采用T-S型模糊算法构成控制器，不仅能在每个模糊子区间中建立分段线性模型，还能借助隶属度函数将各分段线性模型平稳地连接成一个整体非线性系统模型，有效克服参数突变而引起的扰动，进一步提高控制系统动态响应性能。

关键词：水箱液位控制；分段线性化；T-S型模糊算法

中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）27-6456-03

Abstract： To obtain a plurality of accommodating piecewise linear mathematical model of water tank liquid level control by means of experiment and mechanism modeling method， and T-S type fuzzy algorithm using fuzzy controller is composed of， can not only establish a piecewise linear model in each sub interval， but from the membership function of each segment linear model smoothly connected into a whole nonlinear system model parameters， effectively overcome the mutation induced perturbation， further improve the performance of control system dynamic response.

Key words： water tank liquid level control； piecewise linear； T-S type fuzzy algorithm

目前本校实验室的多容水箱装置主要用于液位、温度、流量压力等过程控制系统的验证性实验，所控对象为线性定常、数学模型是易于获得的简单系统，控制系统采用的也是传统的 PID 控制算法，控制效果良好。而现实工业生产过程（如锅炉汽包水位等）通常是多变量耦合、时变非线性且具有滞后复杂的被控对象，单一的传统 PID 控制显然不能满足控制需求，因而设计、开发先进的控制策略、并将其运用于教学及实践环节则尤为重要。而多容水箱装置本身的组合能充分模拟工业生产过程现场，可为教师与学生的科研开发、验证先进的控制策略实践提供平台。该文正是应用此多容水箱将现代智能模糊PID控制算法引入三容水箱液位控制中以满足复杂的控制要求，并通过仿真验证其可行性并加以实践。

1 三容水箱数学液位控制的建模

4 仿真实验结果总结分析

利用Matlab环境下的Simlink构建控制系统动态模型，并针对不同液位进行仿真。典型的仿真结果如图5所示。

仿真实验结果表明水箱系统的控制性能尽管在低水位时动态性能不太理想，具有一定的超调，但稳态控制达到了预期的控制效果，控制作用稳定、扰动小，对实现多容水箱的液位非线性控制具有实用性。

参考文献：

[1] 邵裕森.过程控制工程[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2] 石辛民，郝整清.模糊控制及其MATLAB仿真[M].北京：清华大学出版社，2008.

[3] 孙红英，颜德文，李斌.基于参数自整定模糊PID的三容水箱液位控制，电气应用，2006，25（8）.

[4] 姚俊，马松辉.Simulink建模与仿真[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.

[5] 赵科，王生铁，张计科.三容水箱的机理建模[J].控制工程，2006，13（6）.

[6] 张晓华.系统建模与仿真[M].北京：清华大学出版社，2006.