1 引言
实际工业过程的多变量、非线性、时变和不确定性等特点以及工程应用中要求考虑控制的实时性、有效性和经济性等因素,使得以精确数学模型为基础，立足最优性能指标且许多算法较为复杂的现代控制理论难以有效地应用于复杂的工业过程[1]。针对这些问题，本文将pid 控制和模糊控制二者结合，设计了一种模糊自适应整定pid 控制器，应用模糊推理方法实现对pid 参数的在线自调整。在线实时曲线结果表明该控制器明显地改善了控制系统的动态性能，提高了系统的控制精度。
2 系统设计
该系统由plc、水箱、流量变送器、液位传感器、电动执行器、储水槽和水泵等组成。plc作为控制器，选用西门子s7-315-2dp，电源模块为ps307-2a，模拟量输入模块是sm331，ai8*12bit(选用信号4～20ma)，模拟量输出模块是sm332，ao4*12bit(选用信号4～20ma)。被控对象是下水箱液位，即水先流入上水箱，由上水箱的线性化出口再流入下水箱，构成二阶水箱液位对象系统。液位变送器(4～20ma)实时检测下水箱的液位，并反馈到plc的模拟量输入端，与给定量进行比较后，模糊pid控制算法计算出控制量u，通过plc模拟量输出来控制电动执行器阀门的开度，从而构成了液位闭环控制系统，如图1所示。
图1 二阶液位控制系统方框图
3 模糊pid控制器设计
3.1控制原理
pid参数模糊自整定是找出pid的kp、ti、td与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e和ec，根据模糊控制原理对3个参数进行在线修改，以满足不同要求，从而使被控对象有良好的动、静态性能。
3.2 模糊控制策略与算法
下水箱液位的范围是0～200mm，对应的采样值的范围是0～27648，根据液位控制的特点，一般是在50%～60%之间比较稳定，所以假设液位的初始设定值是50%，即100mm，根据设定值与采样值，可以计算出误差值e(k)，根据误差值可以计算出误差变化值ec(k)，ec(k)=e(k)-e(k-1)。假定e、ec变化的范围是[-13000，13000]，对应的模糊域的划分有七级，[nb，nm，ns，z，ps，pm，pb]，如图2所示。
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