基于雙模糊控制器的水箱液位控制

摘要：針對工業(yè)鍋爐自動控制系統(tǒng)中的水箱系統(tǒng)液位控制問題，提出基于模糊控制器的基礎(chǔ)上，設(shè)計實現(xiàn)一種雙模糊控制器。根據(jù)輸出信號的誤差大小分別利用兩個模糊控制器進行控制，控制結(jié)果傳遞給調(diào)節(jié)器，以實現(xiàn)水箱水位不變。從仿真結(jié)果來看，雙模糊控制器有效地減小了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，響應(yīng)時間、超調(diào)量、穩(wěn)定時間等性能優(yōu)于傳統(tǒng)的PID控制。
關(guān)鍵詞：雙模糊控制器；水箱；液位控制；調(diào)節(jié)器

0 引言
對于典型工業(yè)系統(tǒng)的控制，很多專家和學(xué)者都應(yīng)用模糊控制實現(xiàn)了對復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計和仿真，如曾鳴等人應(yīng)用雙模糊控制器實現(xiàn)對車輛半主動懸架控制；周妮娜應(yīng)用于模糊控制器實現(xiàn)對鍋爐除氧系統(tǒng)的控制；張松蘭等人設(shè)計了鍋爐汽包水位模糊自適應(yīng)控制策略等。本文針對工業(yè)鍋爐中的水箱液位控制，設(shè)計了一種雙模糊控制器，實現(xiàn)對系統(tǒng)的無誤差控制。

1 雙模糊控制器原理
單模糊控制器主要用于快速響應(yīng)及對大誤差的消除，在單模糊控制器中，若使誤差量化因子KE增大，相當于縮小了誤差的基本論域，增大了對誤差變量的控制作用。同時，將誤差變化率因子KEC增大，可減小超量；將控制量的比例因子KU減小，可減小系統(tǒng)振蕩。
雙模糊控制器原理圖如圖1所示。假設(shè)變量eo為大、小誤差的臨界值(人為可以根據(jù)實際設(shè)定)，當系統(tǒng)誤差較大時，用單模糊控制器(1)進行控制，以達到快速響應(yīng)及消除誤差的目的；當系統(tǒng)的誤差較小時，用單模糊控制器2進行控制，以改善模糊控制器對于系統(tǒng)誤差較小時的控制效果，進而幫助取得較好的控制效果。

2 鍋爐液位控制系統(tǒng)的雙模糊控制設(shè)計
鍋爐液位控制系統(tǒng)的原理簡圖如圖2所示。入口處的閥門由一個調(diào)節(jié)器控制，以保持水位的不變，出口處的閥門由外部操縱。