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(jì)實(shí)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(jìn)行控制，控制結(jié)果傳遞給調(diào)節(jié)器，以實(shí)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(shí)現(xiàn)了對復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真，如曾鳴等人應(yīng)用雙模糊控制器實(shí)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(shí)現(xiàn)對鍋爐除氧系統(tǒng)的控制；張松蘭等人設(shè)計(jì)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(jì)了一種雙模糊控制器，實(shí)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(dāng)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(shí)際設(shè)定)，當(dāng)系統(tǒng)誤差較大時，用單模糊控制器(1)進(jìn)行控制，以達(dá)到快速響應(yīng)及消除誤差的目的；當(dāng)系統(tǒng)的誤差較小時，用單模糊控制器2進(jìn)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(jìn)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(jì)
    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。

    進(jìn)行仿真時，給定輸入信號為單位階躍信號?？刂茖ο髷?shù)學(xué)模型表示為：
   
    該系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)，為非線性工業(yè)控制對象。輸入信號誤差E量化為8個等級{NB，NM，NS，NO，PO，PS，PM，PB}；誤差變化率EC和輸出變量U量化為7個等級{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，誤差E及誤差變化率、輸出變量論域?yàn)閇-6，+6]。誤差E及誤差變化率、EC輸出變量U的隸屬度函數(shù)選為三角形隸屬度函數(shù)。
    在總結(jié)專家經(jīng)驗(yàn)和過程知識的基礎(chǔ)上，得到模糊控制規(guī)則表如表1所示?？刂埔?guī)則多少決定了控制系統(tǒng)的精度，控制規(guī)則的多少也與輸入／輸出變量數(shù)目、每一變量的語言值數(shù)目等因素有關(guān)。該系統(tǒng)共設(shè)計(jì)了56條規(guī)則，見模糊控制規(guī)則表1。

    使用的推理方法是最大最小推理法。最終推理結(jié)果是以模糊子集的形式來表示系統(tǒng)輸出量閥門的校正量。

3 仿真結(jié)果及分析
    利用Matlab的Simulink進(jìn)行仿真，建立該系統(tǒng)的雙模糊控制器仿真結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，仿真示意圖如圖4所示。

    仿真結(jié)果如圖5所示。

    從結(jié)果對照圖來看系統(tǒng)響應(yīng)時間的對比，即：雙模糊控制響應(yīng)時間短，只需不到300 s即可使系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)，常規(guī)PID控制響應(yīng)時間長，大約需要600 s。常規(guī)PID控制存在明顯的超調(diào)，雙模糊控制則沒有超調(diào)，雙模糊控制器在穩(wěn)態(tài)時消除了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差。

4 結(jié)語
    本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種雙模糊控制器，利用雙模糊控制器完成了對系統(tǒng)的仿真。仿真結(jié)果顯示，雙模糊控制器的上升時間短，響應(yīng)速度快，穩(wěn)態(tài)精度高。從實(shí)驗(yàn)來看，雙模糊控制器可以改善系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性能。若將該理論應(yīng)用于實(shí)際工程，無疑具有很好的應(yīng)用價值。