模糊PID控制变频调速恒压供水系统设计

摘要

随着人们生活质量的提高和科学技术的进步，人民生活和工业生产对水的供应质量也提出了更高的要求。传统的供水方式，难以保证供水的及时性，且造成能量严重浪费。随着交流电机变频调速技术的日益完善，变频调速恒压供水方式已成为很有发展前途的供水方式。
　　对于供水这样的复杂控制系统，常规的PID控制器由于采用固定的参数，难以保证系统在任何工况条件下始终具有最佳的控制性能。模糊控制是建立在人工经验基础之上，无需知道控制对象的数学模型，它采用语言变量来描述系统特征，并依据系统的动态信息和模糊控制规则进行推理以获得合适的控制量，具有对参数变化不敏感和鲁棒性强等特点，但缺点是控制精度不高。研究表明，模糊控制和PID控制的结合是提高控制性能的有效手段。为了有效地提高变频调速恒压供水系统的控制精度和鲁棒性，本论文设计了一种参数自适应Fuzzy-PID控制器，利用模糊逻辑对PID参数进行在线调整，对供水系统中的管网压力进行控制。
　　本文首先根据管网和水泵的运行特性曲线，阐明了供水系统的变频调速节能原理，接着分析了变频恒压供水的原理及系统的组成结构，然后设计出了采用模糊控制变频器、PLC及其扩展模块EM235实现的恒压供水。并使用MATLAB中的模糊逻辑工具箱和Simulink进行仿真研究。通过对供水系统PID控制和模糊自适应PID控制进行仿真、比较，得出模糊自适应PID控制器的阶跃响应曲线具有上升快，调节精度高，稳态性能好，过渡过程时间短，超调量小等优点。因而变频恒压供水系统的模糊自适应PID控制是可行的、有效的，它实现了参数的自整定，且优于传统PID控制。最后对系统的软硬件设计进行了介绍。

目录

模糊PID控制变频调速 恒压供水系统设计

FUZZY-PID CONTROL OF VARIABLE FREQUENCY SPEED-REGULLATING SYSTEM WITH CONSTANT PRESSURE WATER SUPPLY

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究的目的及意义

1.2 变频调速恒压供水系统国内外研究现状

1.3 模糊PID控制在变频恒压供水系统中的应用

1.3.1 PID控制

1.3.2 模糊控制

1.3.3 自适应模糊PID控制

1.4 本文主要研究内容

第2章 变频调速恒压供水系统

2.1 水泵变频调速基本原理

2.2 水泵变频调速节能分析

2.3 变频恒压供水系统工作原理及数学模型

2.4 变频调速恒压供水系统的组成和控制流程

2.5 本章小结

第3章 PID控制与模糊控制

3.1 PID控制

3.1.1 PID控制基本原理

3.1.2 PID控制器参数整定

3.2 模糊控制

3.2.1 模糊控制的基本原理

3.2.2 模糊控制器组成

3.2.3 模糊控制器的结构

3.2.4 模糊控制器设计

3.3 本章小结

第4章 系统硬件设计

4.1 主电路设计

4.2 控制系统组成

4.3 主要器件介绍

4.3.1 S7-200系列PLC

4.3.2 变频器

4.3.3 鉴频鉴相控制器

4.4 本章小结

第5章 恒压供水系统软件设计

5.1 系统故障检测子程序

5.2 模糊PID控制

5.2.1 自适应模糊PID控制器原理

5.2.2 自适应模糊PID控制器设计

5.2.3 自适应模糊控制工作流程图

5.3 自适应模糊控制子程序

5.4 水泵电机切换子程序

5.5 本章小结

第6章 模糊PID控制器设计与MATLAB仿真

6.1 MATLAB仿真工具

6.2 基于Simulink的模糊控制器设计

6.2.1 FIS文件的建立

6.2.2 确定模糊控制器参数

6.2.3 Simulink的仿真环境

6.3 PID控制系统仿真

6.4 自适应模糊PID控制系统仿真

6.4.1 模糊语言值的隶属度函数

6.4.2 模糊控制规则的建立

6.4.3 参数自适应模糊PID系统的仿真结构图

6.5 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学位论文

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致谢

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