单容水箱液位模糊控制系统的设计与研究_杨杰

辽宁工业大学微型计算机控制技术课程设计（论文）题目：单容水箱液位控制系统设计院（系）：电气工程学院专业班级：自动化074学号：*********学生姓名：***指导教师：（签字）起止时间：2010.12.15—2010.12.24课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化摘要本文根据液位系统过程机理，建立了单容水箱的数学模型。

介绍了PID控制的基本原理及数字PID算法，并根据算法的比较选择了增量式PID算法。

建立了基于单片机编程语言的PID液位控制模拟界面和算法程序，进行了系统仿真，并通过整定PID 参数，利用MATLAB应用软件对系统进行仿真得到图线。

系统由进出水阀门，单片机，A/D转换器，D/A转换器，传感器，显示电路和键盘电路等组成。

整个过程保持进水阀的开度比例不变，由传感器检测电路连续不断地相应液位值，送入A/D转换器中处理，输出的数字量送给单片机，控制显示电路实时显示实际液位值，由键盘输入设定值，控制器比较其值控制出水阀门的开度比例，以保持液位稳定在要求范围内。

关键词：水箱建模，液位控制，PID算法，增量式PID目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (2)2.1概述 (2)2.2系统组成总体结构 (2)第3章硬件设计 (3)3.1单片机最小系统设计 (3)3.2传感器模块 (3)3.3A/D转换和D/A转换模块 (3)3.4键盘模块 (3)3.5显示模块 (4)第4章软件设计 (5)4.1PID算法 (5)4.2位置式PID控制系统 (6)4.3增量型PID控制算法 (8)4.4PID计算 (10)4.5主程序控制流程 (11)4.6显示部分 (12)第5章系统测试与分析/实验数据及分析 (14)5.1MATLAB程序 (14)5.2MATLAB成象曲线 (14)第6章课程设计总结 (15)参考文献 (16)附录：系统硬件原理图 (17)第1章绪论过程控制是自动技术的重要应用领域，它是指对液位、温度、流量等过程变量进行控制，在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。

万方数据万方数据万方数据水箱液位控制系统的设计与研究作者：杨旭， 周悦， 于广平， YANG Xu， ZHOU Yue， YU Guang-ping作者单位：杨旭,周悦,YANG Xu,ZHOU Yue(沈阳建筑大学信息与控制工程学院,沈阳,110168)， 于广平,YU Guang-ping(中国科学院沈阳自动化研究所,沈阳,110016)刊名：制造业自动化英文刊名：Manufacturing Automation年，卷(期)：2011,33(16)1.张毅成;戴连奎;杨正春四水箱实验系统的关联分析与解耦[期刊论文]-自动化仪表 2005(11)2.陈宗海过程系统建模与仿真 19973.薛定宇控制系统计算机辅助设计 20064.王树青;戴连奎工业过程控制工程 20025.Qingdong Zeng;Guanzheng Tan Optimal Design of PID Controller Using Modified Ant Colony System Algorithm 20076.M.D.Tong Linear system theory and design 20047.黄琳琳水箱液位控制系统的研究与建模[期刊论文]-硅谷 2010(13)8.赵科;王生铁;张计科三容水箱的机理建模[期刊论文]-控制工程 2006(06)1.劳深.付凯波.高国章.Lao Shen.Fu Kaibo.Gao Guozhang双容水箱液位控制系统的设计[期刊论文]-交通科技2011(3)2.吴兴纯.杨秀莲.赵金燕.杨燕云基于FX_（2N）系列PLC的双容水箱液位控制系统的设计[期刊论文]-电子设计工程2011,19(14)3.刘和勇.马立新.孙大帅.余涛.LIU He-yong.MA Li-xin.SUN Da-shuai.YU Tao模糊算法在双容水箱液位控制系统中的应用[期刊论文]-微特电机2010,38(9)4.段宏伟.DUAN Hong-wei基于模糊算法的双容水箱液位控制系统设计[期刊论文]-建材技术与应用2011(8)本文链接：/Periodical_zzyzdh201116036.aspx。

山东理工大学
电气与电子工程学院
项目设计说明书
项目题目： 课程名称： 《智能控制技术导论A 》 专业班级： 学生姓名： 学 号：
任课教师： 完成日期：
单容水箱水位的模糊控制
自动化专业 2013级 班 刘丽娜
项目设计任务书
图1水位人工控制系统
由人工操作实现的正确步骤是：操作人员首先将要求水位牢记在大脑中，然后用眼睛和测量工具测量水池实际水位，并将实际水位与要求水位在大脑中进行比较、计算，再按照误差的大小和正负性质，由大脑指挥手去调节进水阀门的开度，使实际水位尽量与要求水位相等。

人工控制的过程是测量、求误差、控制、再测量、再求误差、再控制这样一种不断其控制目的是要尽量减小误差，使实际水位尽可能地保持在要求水位附近。

实验二：模糊控制水箱液位调节一实验目的1．掌握模糊控制的原理2．加强模糊控制在实践中的应用二实验器材装有Matlab软件PC电脑一台三实验原理模糊控制的基本原理：它的核心部分为模糊控制器，模糊控制器的控制规律由有计算机程序实现。

详见P32(模糊控制原理)。

四原代码clear allclose allq1=0; %定义第一个水箱的入水量q2=0; %定义第一个水箱的出水量q3=0; %定义第二个水箱的出水量q4=0; %定义第三个水箱的出水量b=1.4; %定义第一个水箱入水量的控制系数a1=8.6; %定义第一个水箱出水量的控制系数a2=8.6; %定义第一个水箱出水量的控制系数h1=100; %定义第一个水箱中水的初始高度h2=100; %定义第二个水箱中水的初始高度h3=100; %定义第三个水箱中水的初始高度v=119; %定义sin函数的系数s=190; %定义水箱底面积k=10; %定义开关控制量e=0; %定义误差e_1=0;ec=0;H=130; %定义第三个水箱的期望高度e=H-h1;a=newfis('fuzz'); %误差函数a=addvar(a,'input','e',[-25,25]);a=addmf(a,'input',1,'NB','zmf',[-25,-10]);a=addmf(a,'input',1,'PS','trimf',[-25,-10,0]);a=addmf(a,'input',1,'Z','trimf',[-10,0,10]);a=addmf(a,'input',1,'PS','trimf',[0,10,25]);a=addmf(a,'input',1,'PB','smf',[10,25]);a=addvar(a,'output','u',[0,100]); %控制量输出函数a=addmf(a,'output',1,'NB','zmf',[0,30]);a=addmf(a,'output',1,'NS','trimf',[0,30,50]);a=addmf(a,'output',1,'Z','trimf',[30,50,70]);a=addmf(a,'output',1,'PS','trimf',[50,70,100]);a=addmf(a,'output',1,'PB','smf',[70,100]);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);for i=1:1:8000tt(i)=i; %时间轴q1=b*k; %第一个水箱的进水量q2=a1*sqrt(h1); %第一个水箱的出水量h1=h1+(q1-q2)/s; %第一个水箱中水的高度q3=a2*sqrt(h2); %第二个水箱的进水量h2=h2+(q2-q3)/4; %第二个水箱中水的高度q4=v*abs(sin(2.3*pi*i+0.35)); %第二个谁想的出水量h3=h3+(q3-q4)/s; %第三个水箱中的高度hh(i)=h3;k=evalfis(e,a);e=H-h3;endplot(tt,hh)五、插图。

4.3 模糊集选择及隶属函数设计（1）FC1模糊语言变量的设计：将变量E的语言值设定为8个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），负零（NZ），正零（PZ），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）。

将EC的语言值设定为7个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）；将输出变量ΔKp的语言值设定为7个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）并设定其隶属函数，如图4-6至4-8图4-6 FC1输入变量E的隶属函数图4-7 FC1输入变量EC的隶属函数图4-8FC1输出变量△Kp的隶属函数（2）FC2模糊语言变量的设计：将输入模糊变量E、EC和输出模糊变量ΔKi 的语言值都设定为7个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）。

模糊控制器FC2的输入输出模糊语言变量值隶属函数如图4-9至4-11图4-9 FC2输入变量E的隶属函数图4-10 FC2输入变量EC的隶属函数图4-11 FC2输出变量△Ki的隶属函数（3）FC3模糊语言变量设计：将变量E的语言值设定为6个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）。

将EC的语言值设定为7个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）；将输出变量ΔKd的语言值设定为7个，即{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（Z），正小（PS），正中（PM）,正大（PB）并设定其隶属函数如图4-12至4-14图4-12 FC3输入变量E的隶属函数图4-13 FC3输入变量EC的隶属函数图4-14 FC3输出变量△Kd的隶属函数4.4 模糊规则集的设定参数Kp 、Ki 、Kd在不同的e 和ec 下的自调整要满足如下调整原则: (1) 当e 较大时,为加快系统的响应速度,防止因开始时e 的瞬间变大可能会引起的微分溢出,应取较大的Kp 和较小的Kd ,同时由于积分作用太强会使系统超调加大,因而要对积分作用加以限制,通常取较小的Ki值;(2) 当 e 中等大小时,为减小系统的超调量, 保证一定的响应速度, Kp 应适当减小;同时Kd 和Ki的取值大小要适中;(3) 当e 较小时,为了减小稳态误差, Kp 与Ki 应取得大些,为了避免输出响应在设定值附近振荡,同时考虑系统的抗干扰性能, Kd 值的选择根据|ec|值而定，ec较大时，Kd 取较小值，ec较小时，Kd取较大值，通常Kd 为中等大小。

过程控制系统设计作业单容水箱液位控制系统设计学生姓名文强学号2212130任课教师陶珑院、系、中心专科部专业生产过程自动化提交日期2015年10 月日太原科技大学单容水箱液位控制系统设计摘要本论文以单容水箱为被控对象，给出了单闭环控制系统、串级控制系统和前馈反馈控制系统的设计方案，实现对水箱液位的控制。

本论文还针对每种控制系统，在Matlab的Simulink中建立仿真模型进行仿真，得到仿真曲线，并且利用仿真曲线分析控制系统的性能，例如最大动态偏差、调节时间、衰减率和积分性能指标IAE等。

单闭环控制系统的设计包括P、I、PI和PID的设计。

本文分别通过衰减频率特性法（理论整定法）和衰减曲线法（工程整定法）对控制器参数进行了整定。

本论文还通过比较各控制系统的仿真曲线和系统性能指标，对各种控制系统设计方案进行了比较，发现串级控制和前馈反馈控制可提高系统性能。

关键词：PID；串级；前馈反馈；参数整定；SimulinkDesign on Water Level Control in a TankAbstractThis thesis provides design methods of singleclosed-loop control system, cascade control system and feed forward control system about the controlled object a single water tank , and it achieves the goal of controlling level. For every kind of control system, simulation model is established by using simulation tool Matlab, simulation curves can analysis the performance of controlsystem, such as the maximum percent overshoot, settling time, attenuation rate and IAE. The design of single closed-loop control system includes designs of P, I, PI and PID. The controller parameter is tuned by frequency response of attenuation rate and the attenuation curve .All the control design methods included are compared by simulation curves and performance indexes and we finally find that cascade control and feed forward control are able to improve system’s performance.Keywords:PID；Cascade；Feedforward- feedback；Parameter tuning；Simulink目录摘要ABSTRACT (I)1设计要求及内容02单容水箱系统建模23单闭环控制系统设计53.1比例控制系统设计53.2积分控制系统设计73.3比例-积分控制系统设计93.4比例-积分-微分控制系统设计134串级控制控制方案设计175前馈控制方案设计196实验室水箱实验报告206.1压力单闭环实验206.2液位单闭环实验226.3上水箱液位和流量组成串级实验246.4前馈反馈控制实验277总结31参考文献31附录321设计要求及内容图1 单容水箱液位控制系统单容水箱液位控制系统如题图1所示。

基于模糊控制的水箱液位控制系统设计在工业中，水平液位控制是控制系统中的重要部分，它能够有效地保持水箱液位在特定的水平。

一个高效的液位控制系统可以帮助我们高效地实现水箱液位的控制从而避免浪费水资源，从而节约成本。

随着技术的进步，模糊控制已经开始成为一个重要的技术，它可以有效地支持水箱液位控制系统的构建与管理。

首先，本研究保留了传统水箱液位控制系统的基本结构，并使用模糊控制理论来优化控制系统从而实现精确的控制效果。

首先，在生成模糊规则的过程中，将采用梯度下降法和变量化规则抽象的相结合的方法来确定模糊控制参数，以最大化水箱液位控制效果。

接下来，在模糊控制的实现过程中，会使用PID算法，以及模糊规则生成器，让检测出来的反馈信号与模糊规则生成器控制信号进行比较，并结合反馈回路系数，以调整水箱液位控制系统的运行状态。

此外，在实现水箱液位控制系统的控制部分中，将采用两个独立的控制器对水箱的液位进行控制，其中一个主控制器采用传统的PID控制算法，并配合模糊控制算法进行控制；另一个子控制器则采用线性状态反馈算法，由两个控制器一起实现更好的全局水箱液位控制。

在本研究中，还提出了一种基于数字滤波及模糊控制的结合策略，以便更好地抑制系统噪声并实现更准确的水箱液位控制。

该策略中，首先会采用数字滤波技术来减少系统的噪声，然后再采用模糊控制算法来解决系统控制的实际问题。

最后，本研究中建立了一个模型仿真实验，主要用于检验在水箱液位控制方面的实际效果。

仿真实验包括模型的建立，模糊控制参数的确定，液位控制策略的调整，以及液位控制策略的比较等。

仿真结果表明，采用本研究中建立的模糊控制策略，可以有效地调节水箱液位，达到良好的控制效果，表明该模糊控制策略有效可靠。

综上所述，本文针对传统水箱液位控制系统的局限性，提出了一种基于模糊控制的水箱液位控制系统的设计方案，通过梯度下降法和变量化规则抽象的相结合的方法来确定模糊控制参数，以最大化液位控制的效果，并采用PID算法和模糊规则生成器来实现更加精确的水箱液位控制，经过仿真实验和结果分析，证明了该控制系统的有效性和可靠性。

单容水箱液位控制系统设计分类号密级UDC过程控制系统设计作业单容水箱液位控制系统设计学生姓名 xxxxxx 学号xxxxxxxxxxxx任课教师 xxxx院、系、中心工程学院自动化及测控系专业年级 xxxx级自动化提交日期 10 月日中国海洋大学文档历史单容水箱液位控制系统设计摘要本论文以单容水箱为被控对象，给出了单闭环控制系统、串级控制系统和前馈反馈控制系统的设计方案，实现对水箱液位的控制。

本论文还针对每种控制系统，在Matlab的Simulink中建立仿真模型进行仿真，得到仿真曲线，而且利用仿真曲线分析控制系统的性能，例如最大动态偏差、调节时间、衰减率和积分性能指标IAE等。

单闭环控制系统的设计包括P、I、PI和PID的设计。

本文分别经过衰减频率特性法（理论整定法）和衰减曲线法（工程整定法）对控制器参数进行了整定。

本论文还经过比较各控制系统的仿真曲线和系统性能指标，对各种控制系统设计方案进行了比较，发现串级控制和前馈反馈控制可提高系统性能。

关键词： PID；串级；前馈反馈；参数整定；SimulinkDesign on Water Level Control in a TankAbstractThis thesis provides design methods of single closed-loop control system, cascade control system and feed forward control system about the controlled object asingle water tank , and it achieves the goal of controlling level. For every kind of control system, simulation model is established by using simulation tool Matlab, simulation curves can analysis the performance of control system, such as the maximum percent overshoot, settling time, attenuation rate and IAE. The design of single closed-loop control system includes designs of P, I, PI and PID. The controller parameter is tuned by frequency response of attenuation rate and the attenuation curve .All the control design methods included are compared by simulation curves and performance indexes and we finally find that cascade control and feed forward control are able to improve system’s performance.Keywords:PID；Cascade；Feedforward- feedback；Parameter tuning；Simulink。

本科毕业设计论文题目单容水箱液位模糊控制系统设计专业名称学生姓名指导教师毕业时间任务书一、题目单容水箱液位模糊控制系统设计二、指导思想和目的要求通过毕业设计使学生对所学自动化专业知识和理论加深理解，掌握自动控制原理以及过程控制系统和仿真的基本方法。

要求毕业设计中：1、建立系统的数学模型2、设计单容水箱液位单回路反馈控制系统，采用PID控制并进行仿真以及参数整定。

3、设计单容水箱液位模糊控制系统。

即设计一个两维模糊控制器，模糊控制器的设计为两个输入一个输出，模糊控制器的输出用来控制阀门的开度，调节水箱的液位。

4、模糊控制系统的理论设计计算以及仿真计算模糊控制规则可调整的液位控制系统的性能指标，进行参数整定。

5、比较水箱液位模糊控制和PID控制系统。

三、主要技术指标1、液位保持在480-510mm2、超调量≤5%3、稳定时间＜200S四、进度和要求1、1-3周：收集查阅资料；2、4-6周：完成总体方案设计和建模；3、7-8周：完成系统分析和控制规律设计；4、9-11周：完成仿真验证及修改；5、12-13周：完成毕业设计论文.五、主要参考书及参考资料（1）金以慧，《过程控制》清华大学出版社，1993.4 （2）刘永信，陈志梅，《现代控制理论》北京大学出版社，2006.9 （3）薛定宇，陈阳泉，《系统仿真技术与应用》清华大学出版社，2004.4 （4）胡寿松主编《自动控制原理》北京科学出版社，2007.6 （5）陈阳泉主编《过程控制与SIMULINK应用》北京电子工业出版社2001.4 （6）郝整清，《模糊控制及其MATLAB仿真》北京交通大学出版社208.3 （7）苏徽，《模糊PID研究》西安《工业化仪表与自动化装置》杂志社2001.4学生指导教师系主任摘要液位控制是工业控制中的一个重要问题,针对液位控制过程中存在大滞后,时变,非线性的特点,为适应复杂系统的控制要求,人们研制了种类繁多的先进的智能控制器,模糊控制器便是其中之一。

单容水箱液位控制系统的P I D算法自动控制原理课程设计报告单容水箱液位控制系统的PID算法摘要随着科技的进步，人们对生产的控制精度要求越来越高，水箱液位系统是过程控制中一种典型的控制对象，提高液位控制系统的性能十分重要。

本文针对理想的单容水箱液位系统，将包括单容水箱、电动机等在内的部分分别建立数学模型，并加入常规PID对系统性能进行调节。

但由于实际单容水箱液位系统具有时滞性和非线性，实际生产中若要对其建立精确的数学模型比较困难。

因此，将模糊控制的方法引用到对单容水箱液位系统的PID控制中，通过Simulink仿真验证了算法的有效性。

结果表明，和常规PID控制相比，模糊PID控制具有良好的动静态品质。

关键词单容水箱液位; PID控制; MATLAB; Simulink; 模糊控制.PID control method in water level system of single-tankABSTRACT With the development of technology, the control precision is more and more important. And the water level system of single-tank is a typical control target in process control. The article mainly deals with the water level system of single-tank. It establishes mathematics model for every part of the system, and uses the traditional PID to improve the function . But in actual industry，it’s hard to establishes precise mathematics model. So, it introduces fuzzy PID control in this system. The result suggests that fuzzy PID control is more suitable than the traditional one.KEY WORDS the water level of single-tank; PID control; MA TLAB ; Simulink; fuzzy control.在工业过程控制中，被控量通常有：液位、压力、流量和温度。

20210210410321_杨杰_PLC在水位控制系统中的应用华东交通大学理工学院Institute of Technology. East China Jiaotong University 毕业设计Graduation Design （2021 ―2021年）题目 PLC在水位控制系统中的应用分院：电气与信息工程分院专业：电气工程及其自动化班级：电力2021-1 学号：20210210410321 学生姓名：杨杰指导教师：李房云起讫日期：2021.12――2021.5华东交通大学理工学院毕业设计摘要在当代社会，世界人口的不断增长和水资源的日益紧缺，日常生活和工农业中的供水问题愈发严峻，故对供水系统的水位进行精确的测量和控制越来越重要。

PLC因为有着容易编程、使用简单、方便维修、可靠度高、极强的抗干扰能力和机电一体化等特点，所以利用PLC对水位进行测量和控制有着广阔的前景。

本设计是一个基于PLC控制的供水控制系统，主控制机是PLC可编程控制器。

该设计针对性的对水塔水位自动控制系统里各个功能进行了分析，并且文中对系统各个器件的结构、操作流程，以及工作时协调控制的办法都有所讲解。

本系统在实现准确自动控制同时，还将供水的质量进行了提高。

并且此控制系统相对于传统的供水系统还有着降低劳动强度和提升劳动效率等优点。

关键词：水塔水位控制、PLC、自动控制系统1杨杰：PLC在水位控制系统中的应用AbstractIn contemporary society, the world's growing population and the growing scarcity of water resources, the water supply problem in daily life and industrial and agricultural is increasingly severe, so the water level for the water supply system for precise measurement and control of more and more important. PLC with easy programming, simple to use, convenient maintenance, high reliability, strong anti-interference ability and characteristics of electromechanical integration, so the use of PLC to measure and control the water level has a broad prospect.This design is a water supply control system based on PLC control, themain control unit is PLC programmable controller. The design corresponding to the water tower water level automatic control system in each function is analyzed, and the various devices to the system structure, operation process, and work coordination control method are explained. This system in the realization of the accurate automatic control at the same time, will also improve the quality of the water supply. Compared with the traditional water supply system and the control system and the reduction of labor intensity and improve labor efficiency, etc.Key words: Water tower water level control, PLC, Automatic control system2华东交通大学理工学院毕业设计目录中文摘要?????????????????????????????????1 英文摘要?????????????????????????????????2 目录?????????????????????????????????3 1 绪论??????????????????????????????????5 2 可编程控制器??????????????????????????????6 2.1 可编程控制器的简介 ??????????????????????????6 2.2 发展历史与展望 ????????????????????????????6 2.3 PLC的基本结构????????????????????????????7 2．3．1 中央处理单元(CPU) ????????????????????????8 2．3．2 存储器??????????????????????????????8 2．3．3 输入/ 输出 ???????????????????????????9 2．3．4 编程器 ?????????????????????????????10 2．3．4 电源 ??????????????????????????????10 2.4 PLC的运作方式????????????????????????????10 2.5 可编程控制器的选型??????????????????????????11 3 PLC水塔水位控制系统方案设计???????????????????????13 3.1 水塔水位控制系统设计?????????????????????????13 3．1．1 水塔水位控制装置?????????????????????????13 3．1．2 水塔水位的工作要求????????????????????????13 3.2 水塔水位控制系统的电路设计??????????????????????14 3.3 输入/输出接口分设计 ?????????????????????????14 3．3．1 水塔水位控制系统的输入/输出设备 ?????????????????14 3．3．2 水塔水位控制系统的输入/输出借口分配表 ??????????????15 4 PLC水塔水位控制系统工作流程设计????????????????????16 4.1 程序流程图设计????????????????????????????16 4.2 工作过程分析与梯形图程序设计?????????????????????17 4．2．1 工作过程分析???????????????????????????17 4．2．2 梯形图程序设计??????????????????????????17 5 组态仿真????????????????????????????????21 5.1 组态软件???????????????????????????????21 5．1．1 组态软件的概念??????????????????????????213杨杰：PLC在水位控制系统中的应用5 ．1．2组态软件的发展与展望??????????????????????21 5 ．1．3组态软件的功能?????????????????????????22 5.2 WINCC组态画面仿真??????????????????????????22 总结?????????????????????????????????29 参考文献?????????????????????????????????30 后记?????????????????????????????????314感谢您的阅读，祝您生活愉快。

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)钦州学院系统仿真课程设计设计题目水箱水位模糊控制系统建模仿真水箱水位模糊控制系统仿真建模摘要水位控制系统在各个领域上都有广泛应用，虽然其结构简单但由于控制过程具有多变量，大滞后，时变性等特点，且在控制过程中系统会受到各种不确定因素的影响，难于建立精确的数学模型。

虽然自适应、自校正控制理论可以对缺乏数学模型的被控对象进行识别，但这种递推法复杂，实时性差。

近年来模糊控制在许多控制应用中都取得了成功，模糊控制应用于控制系统设计不需要知道被控对象精确的数学模型，对于许多无法建立精确数学模型的复杂系统能获得较好的控制效果，同时又能简化系统的设计，因此，在水箱水位自动控制系统中，模糊控制就成为较好的选择。

本文主要论述了应用模糊控制理论控制水箱水位系统，首先详尽的介绍了模糊控制理论的相关知识，在此基础上提出了用模糊理论实现对水箱水位进行控制的方案，建立了简单的基于水箱水位的模糊控制器数学模型。

本试验系统还充分利用了MATLAB的模糊逻辑工具箱和SIMULINK相结合的功能，首先在模糊逻辑工具箱中建立模糊推理系统FIS作为参数传递给模糊控制仿真模块，然后结合图形化的仿真和建模工具，再通过计算机仿真模拟出实际系统运行情况。

通过试验模拟，证明了其可行性。

目录摘要Abstract1 绪论 (5)1.1 水箱水位系统概述 (5)1.2模糊控制理论简介 (5)1.2.1模糊控制理论的产生、发展及现状 (6)1.2.2 模糊控制理论运用于水箱水位系统控制的意义 (6)1.3仿真建模工具软件MATLABSIMULINK简介 (6)1.4本文的主要任务及内容安排 (8)2 模糊理论及模糊控制基础 (8)2.1模糊理论基础 (8)2.1.1从经典集合到模糊集合的转变 (9)2.1.2 模糊集合的基本概念 (10)2.1.3 模糊集合的基本运算 (12)2.2.1模糊控制的回顾和展望 (15)2.2.2 模糊控制系统的结构 (15)2.3 本章小结 (20)3 水箱水位模糊控制器的建立 (20)3.1输入输出语言变量语言值的选取及其赋值表 (21)3.2 控制规则描述 (24)3.3 水位控制模糊关系矩阵 (24)3.4 模糊推理 (24)3.4.1 输入量模糊化 (24)3.4.2 模糊推理 (24)3.5 模糊判决 (25)3.6 水位模糊控制查询表 (25)4 利用MATLAB对水箱水位系统进行仿真建模 (26)4.1 水箱水位模糊推理系统（FIS）的建立 (26)4.2 对SIMULINK模型控制系统的构建 (34)4.3 进行Simulink模型仿真 (37)4.4 本章小结 (37)结论 (40)参考文献 (40)水箱水位模糊控制系统仿真建模1 绪论1.1 水箱水位系统概述在能源、化工等多个领域中普遍存在着各类液位控制系统液。

最优控制与智能控制基础文献总结报告基于模糊控制的单容水箱液位控制系统学生姓名：班级学号：3134110任课教师：段洪君提交日期：2016.06.22成绩：1 研究背景及意义液位是过程控制中的一个重要参数，它对生产的影响不容忽视。

为保证生产的安全和高效，有必要进行先进的液位控制方法和策略的研究与开发[2]。

为了保证安全生产以及产品的质量，对液位进行及时有效地控制是非常必要的。

水箱液位控制是液位控制中的一个主要问题，它在工业过程中普遍存在，具有代表性且非常实用[3]。

液位控制的策略对液位精度有着重要的影响，因此，根据不同的需要选择适当的控制算法极为重要[4]。

模糊控制作为一种典型的智能控制方法，因其不依赖于过程模型、鲁棒性好、抗干扰能力强等优点而备受关注。

目前模糊控制的理论研究较为深入，但模糊控制的应用尚不成熟。

本文将模糊控制理论应用于过程控制装置的单容水箱液位控制系统的设计中，实现对单容水箱的液位模糊控制。

2 液位模糊控制的研究现状2.1研究现状我们的过程控制实验装置是基于工业过程物理模拟对象，集自动化仪表技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术为一体的多功能实验装置，包括流量、温度、液位、压力等热工参数。

过程控制系统的被控对象包括上位水箱、中位水箱、下位水箱，控制装置有传感器、调节阀、交流变频器、流量传感器、调节器等。

本文所论述的液位模糊控制系统构造如下：①被控对象为上单容水箱；②采用液位传感器扩散硅压力变送器感测上位水箱和中位水箱液位，仪表变送器通电预热后分别在零压力和满量程压力下检查输出电流值。

在零压力下调整零点电位器，使输出电流为4mA，在满量程压力下调整量程电位器，使输出电流为20mA。

传感器精度为0.5 级。

因为二线制，故工作时需提供24V 直流电源；③采用电/气动调节阀作为执行机构，其输入信号气动为（0.02 ～ 0.1）MPa，电动为0 ～ 10、4 ～ 20mA（带电/ 气阀门定位器）；2.2水箱水位模糊控制器的建立本章利用模糊数学工具及模糊控制理论知识，建立一个水箱水位模糊控制器，水位模糊控制器可以设计为二维控制器，即输入量是水位误差和误差变化率，输出量是阀门控制量，但由于过程计算量大，计算复杂所以此章仅采用一维系统，即单输入——单输出统，较复杂的二维系统将在下一章里利用MUTLAB软件构建，并仿真。