硅谷杂志：基于Fuzzy-PID控制的供水系统 |
| 2012-12-22 12:28 作者：齐海英 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网文】据《硅谷》杂志2012年第19期刊文，目前单纯的单片机技术已不能满足控制领域的飞速发展的要求，于是将各种控制理论加之一些技术相融合，便应运而生许多控制器。例如将模糊控制理论、变频调速技术、单片机应用技术，一起应用于供水系统。就利用自调整修正因子Fuzzy-PID控制器，实现多泵组供水实现软起动控制、循环变频控制，实现先起先停，主、备泵周期定时投入运行以及自动巡检等功能，克服非线性，滞后性等缺点。
关键词：模糊控制；调速；仿真
在供水系统的控制中，为了节能，为了精确，为了可靠，我们设计了一套参数可自行调整与修正Fuzzy-PID控制器，克服了系统在运行中难于实时调节的困难。在误差大的范围内，可以利用模糊调节，减少动态反应时间；在误差比较小的范围内，增加积分控制，静态误差减小，准确度得以提高。再把变频调速加入系统，更增加了节能效果和稳定的控制性能。
1自调整修正因子Fuzzy-PID控制恒压供水系统的控制原理
1.1模糊控制基础知识
E、EC和U的论域被划分为15个等级即为
E={−7，−6，−5，-4，−3，−2，−1，0，1，2，3，4，5，6，7}
EC={−7，−6，−5，−4，−3，−2，−1，0，1，2，3，4，5，6，7}
U={−7，−6，−5，−4，−3，−2，−1，0，1，2，3，4，5，6，7}
确定描述E、EC和U的模糊语言变量：负大，负中，负小，零，正小，正中，正大。用符号表示为NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB，即
E={NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}
EC={NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}
U={NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}
1.2带修正因子的Fuzzy控制器
控制规则（α一个参数变化）控制规则（α1和α2两个参数同时变化）
用修正因子修改控制规则，在经验的基础上，通过模糊控制规则编写控制表，调整参数。不断的改进已有的规律，不断的仿真，最终确定可行的方案。据此研究出如下控制规则：
自调整修正因子Fuzzy具有良好的动态性能，能够随着误差E的变化修改控制规则有一定的自适应能力，而不具备PID控制良好的静态性能，为此把PID控制引入自调整修正因子Fuzzy控制中构成自调整修正因子Fuzzy-PID控制器结构框图如图1所示。
图1自调整修正因子Fuzzy-PID控制系统原理框图
1.3模糊控制的变频调速恒压供水系统
图2模糊控制的变频调速恒压供水系统结构框图图图3仿真结果比较图
控制策略的选择是关系到控制模式，基本原则：以水压波动微小时，一般采用自调整修正因子Fuzzy控制，减少响应时间；反之采用PID控制，提高精准度；在误差极限点处一般不切换，延续上一步动作。
2变频调速
注意事项
1）水泵调速要在规定区间（0.7-1）倍调节，最大转速要小于等于0.05倍的额定转速，防止过载和零件损坏，最低转速要大于等于0.5倍的额定转速，以此保证水泵电机的最佳运行状态，经济，稳定又不伤害设备。
2）在调速的过程中，除了满足度要求外。还应坚固其负载特性曲线。为了达到良好的控制效果，实时监测运行参数，并合理调节，在水量变化的状态下尽量保证水压稳定。
3控制电路硬件组成
AT89C52单片机，实时时钟芯片DS12887，74LS138，ADC0809以及压力传感器等。AT89C52是核心，其自身具有各种功能的接口，于是可以外扩很多单元电路。将AT89C52单片机的采样数据值，连同设定值相减，得到压差值，进行自调整修正因子Fuzzy-PID控制计算，输出信号用来调解水泵的频率F，并且输出工频泵是否需要进行切换的信号。
系统在遇到断电或意外情况时，能够保存数据，在设计时考虑到这些情况时，应该设置备用电源和备用水箱，利用高差压力短会见内停电不停水。根据实际要求变频工频节能运行，减少切换次数等。
4软件设计
软件设计涵盖以下主辅程序：主、显示、开关量输入与输出、模拟量输出、键盘操作处理、时钟程序、自调整修正因子Fuzzy-PID控制算法等程序。
5仿真
图3中绘制了曲线1-PID控制，2-自调整修正因子Fuzzy控制，3-带一个修正因子值为0.5的Fuzzy控制。我们将其仿真图像进行比较，可知：能够自调修正因子的Fuzzy-PID控制方法，不仅可使系统响应时间少，而且静态误差小。
6总结
该控制系统仍然是依据用水量，实时适应结论要求，自动扫描数据改变参数，实现供水系统的现代化、自动化，多台水泵可以同时连入系统，循环工、变频运行。我们采用自调整修正因子Fuzzy-PID控制技术，控制机理先进，节能效果显著；在单片机系统设计中，单元电路简单，经济，功能强大，集成化占地空间小；多次仿真试验得出结论其具有实用、有效、领域广等特点。
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