摘 要：液位控制由于其應用極其普遍，種類繁多，其中不乏一些大型的復雜系統，譬如在石油化工等工業生產中。它主要有以下幾個特點:

　　1、時滯性很大。在大型、復雜的液位控制系統中，當改變進出容器的液體流量來控制液位時，控制效果在較長的時間后才能得到體現，這會使得最后的穩態誤差較大，液位在期望值附近波動。

　　2,時變性。液位控制一般是通過控制液體流入量的大小來控制液位的，流出量是根據后續工藝生產的需求而調節，這種需求的數量和速度是在不斷變化的。

　　3,非線性。容器內液體流出量不僅隨后續工藝生產需求變化，即使在控制閥門保持不變的情況下，實際的流出量也隨著液位高度的變化而發生一種非線性的變化。這幾個特點，都嚴重影響PID控制的效果，當實際生產對控制有較高的性能指標要求時，就需要將智能控制方法引入到液位控制系統中來。

　　關鍵詞：模糊控制；液位；PID；單片機

　　1 模糊控制的基本原理

　　模糊控制屬于智能控制的范疇，它是以模糊數學和模糊邏輯為理論基礎、模仿人的思維方式而統籌考慮的一種控制方式。 它是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數字控制。模糊控制模仿人的思維方式，計算控制量時并不需要參數的精確量，而是以參數的模糊信息為基礎，通過模糊推理得到控制量的模糊形式，然后再經過反模糊化處理輸出具體的控制量。

　　模糊控制器的設計的基本原理

　　1． 在采樣時刻，采樣系統的輸出值，然后根據所選擇的系統的輸入變量來進行計算，得到輸入變量的具體值。一般系統通常選擇誤差及誤差的變化情況作為輸入變量。

　　2． 將輸入變量的精確值變為模糊量。當然，在這之前需要先確定模糊變量的基本論域、模糊子集論域、模糊詞集及隸屬函數。系統中輸入變量的實際變化范圍稱為變量的基本論域，對于模糊控制輸入所要求的變化范圍稱為它們的模糊子集論域。模糊子集論域的確定和下一步的模糊推理中需要的模糊值有關。模糊值可用模糊詞集來表示，人們對數值的模糊表示一般可用大、中、小加以區別，再加上正負模糊詞集就可表示為：

　　{負 大 ， 負中，負小，零，正小，正中，正大}

　　一般系統的輸入變量的'模糊子集論域所含的元素個數應為詞集總數的兩倍以上，這樣才能確保模糊詞集能較好地覆蓋

　　模糊子集論域，避免出現失控現象。針對上面選用的模糊詞集，模糊子集論域可選擇為

　　{-6 ， -5 ，-4，-3，-2，一1,0 , 1,2 ,3 ,4 ,5 ,6 }

　　對于一個模糊控制系統，它的控制器輸入變量的實際范圍一般不會正好和模糊子集論域一致，這時就需要進行轉化。假如基本論域為[a. b]，模糊子集論域為[m, n]，則將一個精確輸入量x轉化到模糊子集論域中的變量Y是通過以下公式來實現的。

　　y=(n-m)*[x-(b-a)/2]/(b-a)

　　模糊 子 集 論域和模糊詞集之間是通過隸屬函數來聯系的。模糊變量的隸屬函數就和普通變量的特征函數一樣，但它的取值范圍并不是單純的0或1，而是在[0, 1]之間連續變化。隸屬函數的形狀常采用梯形、三角形、鐘形、高斯形等。在實際應用中，為方便起見，采用三角形的較多。

　　3． 根據上一步得到的輸入變量(模糊量)及模糊控制規則，按模糊推理合成規則計算控制量(模糊量)。模糊控制規則是根據操作者的經驗或專家的知識，用if， then描述的一組條件語句。

　　4． 控制量的模糊量轉化為精確量。上一步雖然通過模糊推理得到了控制量，但它是模糊形式的，而真正的執行機構不能接受模糊量，只能接受精確量，所以必須把控制量由模糊形式轉化為精確形式，這一步也叫做解模糊化。

　　2 模糊控制器的設計過程

　　2.1模糊控制器的結構設計

　　模糊控制器的結構設計是指確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量。模糊控制器輸入變量的個數稱為模糊控制器的維數，目前廣泛采用的均為二維模糊控制器.在此我們也選擇這一結構形式。我們設計的是液位模糊控制器，就選擇液位的

　　誤差和誤差的變化作為模糊控制器的輸入變量，分別記作E, Ec。模糊控制器的輸出應該是用來控制液位的，液位實際上就是受流入量和流出量的影響，而流出量是根據后續工藝不停的變化，是不可控的。所以模糊控制器的輸出就只有一個，作為控制流入量執行機構的控制量，記作U。對于模糊控制器的輸出，可以有兩種形式，一種是絕對的控制量輸出，另一種是增量方式輸出。在本次設計的模糊控制器中，我們選擇了絕對值輸出方式 。

　　2.2模糊控制規則的設計

　　控制規則的設計一般包括三部分內容：選擇描述輸入輸出變量的詞集，定義各模糊變量的模糊子集和建立模糊控制器的控制規則。下面就分別來進行說明：

　　1.選擇描述輸入、輸出變量的詞集

　　對于液位誤差、誤差變化率及控制量我們選用相同的模糊詞集，都用自然語言大、中、小來進行描述，將大、中、小再加上正、負兩個方向并考慮變量的零狀態，共有七個詞匯，即

　　{負 大 ， 負 中 ，負小，零，正小，正中，正大}

　　為敘述方便，用英文字頭縮寫表示為

　　{N B ,N M , N S ,Z E, PS, PM,P B}

　　其中，N=Negative, P=Positive, B=Big, M=Medium, S=Small, ZE=Zero 。

　　2.定義各模糊變量的模糊子集

　　定義一個模糊子集，實際上就是要確定模糊子集隸屬函數曲線的形狀。對于輸入變量誤差和誤差變化率，我們選用的模糊子集論域和隸屬函數曲線都完全一致，所以在此就只針對誤差的模糊子集的確定來進行說明。誤差的模糊子集論域取[-6,6 ]之間，然后離散化，只取整數，所以它的模糊子集論域可表示為

　　{-6 ，-5 ，-4，-3，-2，-1,0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 }

　　其中有13個元素，而模糊詞集中有7個元素，基本滿足了二倍的關系，可以保證不會出現失控現象。為了計算方便，將隸屬函數曲線都選為三角形形式，而且根據經驗，在靠近0附近，三角形的形狀選的窄一些，這樣有利于提高靈敏度，抑制超調。在遠離0的地方，三角形的形狀選的寬一些，因為這時候誤差還很大，不會引起超調。至于三角形具體形狀及位置的有關參數，是根據經驗初步確定的，在控制器調試的時候還需要對這些進行反復的修改。

【基于單片機的液位模糊控制器設計論文】相關文章：

1.基于51單片機的盲文助讀器系統設計研究論文

2.基于單片機溫控智能風扇的設計研究論文

3.一種基于單片機的可控成像系統設計論文

4.基于單片機的倒車雷達設計論文開題報告

5.簡析基于單片機的多用途定時器的設計論文

6.基于多單片機的串口擴展設計論文

7.基于MSP430單片機的太陽能LED自行車顯示系統設計論文

8.基于單片機的Biped型機器人設計的創新策略論文