基于模糊神经网络PID的三容水箱液位控制系统研究VIP专享VIP免费

基于模糊神经网络PID的三容水箱液位控制系统研究摘要：三容水箱液位控制系统是过程控制中一种典型的控制对象，模拟了工业现场多种典型的非线性时变多变量耦合系统。随着工业化程度的不断提高，传统的PID控制显然已无法满足当前的控制要求，各种先进的智能控制理论相继出现。文章通过比较模糊PID及神经网络PID各自的优缺点，提出了基于模糊神经网络的PID控制器；并对其在三容水箱液位控制系统中的应用进行了仿真。结果证实该控制器能明显改善系统的动、静态性能，大大提高了系统稳定性，充分显示了其优越性。关键词：模糊控制；神经网络控制；PID；三容水箱系统；仿真中图分类号：TP391.9文献标识码：ATheresearchofThreetankwatercontrolsystembasedonFuzzyNeuralNetworkPIDSongShaolou,ZhangMing,LiJunjie(Collegeofelectricandcontrolengineering,LiaoNingTechnicalUniversity,HuLudao125105,LiaoNing)Abstract:Threetankwatercontrolsystemisatypicalcontrolobjectduringtheprocesscontrol,whichsimulatesplantsoftypical、nonlinearandtime-basedcouplingsystemintheindustry.Withthedevelopmentoftheindustry,thetraditionalPIDcontrolsystemcannotsatisfiedobviously,manysoadvancedintelligentcontroltheorysappear.APIDcontrollerbasedonFuzzyNeuralNetworkisproposedinthisarticlebycomparingtheFuzzyPIDandtheNeuralNetworkPID.Thesimulationresultsprovedthatitimprovesthedynamicpropertyandstaticperformanceofthesystemobviously,thestabilityisalsoenhancedgreatlyandshowsitssuperiority.KeyWords:Fuzzycontrol;NeuralNetworkcontrol;PID;threetankwatersystem;simulation1引言随着工控行业不断向前发展，控制对象越来越复杂，控制精度要求越来越高，传统的控制方法已不能满足控制要求，先进控制理论方法的探索和研究显得尤为重要。三容水箱液位系统是较为典型的非线性、时延对象，具有很强的代表性；工业上许多被控对象的整体或局部都可以抽象成三容水箱的数学模型，因此对三容水箱液位控制系统的研究对工业生产中液位的控制具有重要的指导意义。不仅如此，三容水箱模型的建立为先进控制理论及算法的验证提供有利的条件。借助三容水箱模型，模糊控制、神经网络控制等智能控制理论先后被应用。相比传统的控制理论，智能控制理论的确在一定程度上使得工业控制性能得到了显著的改善。但也有不足之处，模糊控制的模糊规则很难实现最优，量化因子和比例因子的值难以确定；神经网络算法复杂导致系统响应速度较慢等[1]。针对以上问题提出了将模糊控制与神经网络控制相结合，用神经网络表示模糊系统，使构造网络结构有了依据；又根据模糊推理规则的形式，利用神经网络的学习能力进行复杂的模糊推理，使其具有运算速度快的优点，最终不仅使三容水箱液位控制系统响应速度提高，而且动、静态特性及稳定性都得到了很大的改善。2三容水箱液位控制系统分析液位作为过程控制中一个重要参数，能否及时有效的控制对安全生产以及产品的质量和数量有着很大的影响。三容水箱液位控制系统模拟了工业现场的多种典型的非线性时变多变量耦合系统，具有时滞性、时变性、非线性的特点。它也具有较强的综合性，涉及控制原理、智能控制、流体力学等多个学科[2]。三容水箱液位控制系统具有强大的实验功能:它不仅可以实现单入单出一阶对象、二阶对象、三阶对象,还可以实现非线性的双入双出对象,最重要的是它还可以作为一种多功能型实验设备去验证各种新型算法。通过对水箱液位控制系统实验，除可以掌握控制理论、计算机、仪器仪表知识和现代控制技术之外，还可以熟悉生产过程的流程，进而从控制的角度理解它的静、动态工作特性[2]。3模糊PID模糊PID控制是利用当前的控制偏差和偏差，结合被控过程动态特性的变化，以及针对具体过程的实际经验，根据一定的控制要求或目标函数，通过模糊规则推理，对PID控制器的三个参数进行在线调整[3]。基于模糊控制的PID控制器的结构图如图1所示。图1模糊PID控制器结构图根据三容水箱的实际情况，把e、ec、、、的论域划分为7个等级即为：e={-3,-2,-1,0,1,2,3}ec=...