用模糊控制实现恒压供水参考文献：文献一：基于模糊控制的恒压供水研究中图分类号: TU991 文献标识码: A 文章编号: 1672- 9900(2007)04- 0028- 03总结：由于供水系统的管网和水泵存在着非线性、多变量等特性, 而且相间有交叉耦合, 很难建立精确的数学模型。

如果采用常规的PID 算控制,往往难以得到较理想的静动态特性。

采用模糊逻辑控制的方法对水压进行控制, 可以达到良好的控制性能。

模糊控制器结构如图1示。

采用双输入单输出的形式, 以水压给定值SP 和实际水压测量值PV 的误差e( e=SP- PV) 及误差变化率ec( ec=de/dt) 作为糊控制器的输入量, 经模糊化后分别得到模糊量 E 和EC, 并分别用模糊语言加以描述, 建立输入和输出之间的模糊控制规则。

如果用PLC 进行在线模糊推理,将花费大量运算时间,从而影响系统工作。

根据控制规则采用离线方式计算出模糊控制表, 存于可编程控制器PLC 内存中, 在实时控制时将复杂的推理运算过程简化为查表运算, 极大地提高了恒压供水系统的响应速度。

系统将自调整模糊控制技术应用到基于PLC 控制的变频调速恒压供水系统中,能够很好地克服供水系统数学模型难以确定、使用传统PID控制方式调节器参数调整困难的缺点, 较好地消除了系统非线性、时变等因素的干扰影响。

系统经过调试和实际运行, 其压力始终稳定在设定的范围内, 具有节约能源、操作方便、自动化控制程度高等优点, 系统可广泛应用于住宅小区、高楼供水系统。

文献二：恒压供水系统的模糊控制(1·温州大学工业工程学院,浙江温州325000;2·浙江大学工业控制技术国家重点实验室,浙江杭州310000)总结：恒压供水是指用户段不管用水量大小,总保持管网水压基本恒定,这样,既可满足各部位的用户对水的需求,又不使电动机空转,造成电能的浪费。

为实现上述目标,利用PLC根据给定压力信号和反馈压力信号,通过模糊推理运算,控制变频器调节水泵转速,从而达到控制管网水压的目的。

变频恒压供水系统如图3—1所示。

根据供水压力要求,采用一用一备变频恒压供水系统。

该系统充分利用S7200自身资源,利用高速输入口来完成A/D转换,利用变频器的多段速输入端子实现D/A,极大地降低设计成本。

该系统设计是在原系统的基础上进行的,因此,原系统的硬件都无需更换,只加上了控制器PLC和自行设计的由LM331组成压频转换器。

采用模糊控制方式设计调试十分方便,在现场只要合适的设定多段速频率值,即可获得满意的控制效果,另外该系统联网能力强,PLC和变频器都具有标准的通讯接口,可方便的和各种通用组态软件连接,进行现场状态监控。

该系统投入运行半年来一直十分稳定,故障率极低,而且操作容易,节能效果十分明显。

文献三：模糊控制实现的变频恒压供水系统(1.沈阳农业大学信息电气学院,辽宁沈阳110161;2.佳木斯大学信息电子学院,黑龙江佳木斯154007;3.大庆石油学院电气信息工程学院,黑龙江大庆163318)总结：本系统采用PLC和变频器组成恒压供水系统,根据给定压力信号和反馈压力信号,通过模糊推理运算,产生0~5V控制电压,控制变频器调节水泵转速,达到对供水压力自动控制的目的.变频恒压供水系统如图2所示.根据供水压力要求,采用2个主泵和一个小泵组成的变频恒压供水系统.系统充分利用西门子S7-200自身资源及扩展模块EM235完成对水压信号的采集和对变频器的控制, PLC通过PC/PPI电缆和上位机进行串口通信,上位机可以采用组态王 6.0进行现场监控和实时数据采集.采用变频调速技术,水泵可以根据用水的实际情况,在工频电网和变频电网中切换且水泵接入的数目也可变化,从而有效节约电能。

文献四：一种新型模糊PID控制的变频恒压供水系统文献标识码: A文章编号: 1005-6254(2001)05-0035-04总结：本系统通过压力传感器周期性地采集管网压力,将管网压力与设定压力进行比较后,其压差信号送入模糊控制器,单片机根据压差信号能很快计算出压力误差变化率;经控制器模糊运算处理后,在模糊控制表中查询到相应的模糊控制量,再把模糊控制量通过解模糊运算输出一个精确的控制量Δw,对系统设定值进行迁移,并把迁移后的值送入常规PID调节器的比例环节,然后与积分环节、微分环节一起来实现对变频器输出频率的控制,从而达到控制变速泵的转速和输出的目的。

该系统用一台变速泵和两台工频泵配合,实现了系统的变速恒压供水。

附属泵的功率一般为工频泵的濎3,其作用主要是在用水低谷时段给系统的偶然用水或泄漏等进行补充,使系统按给定的压力供水。

由于消防用水压力越大越好,当控制器接收到消防信号时,便发出指令,使调速泵、两台工频泵、附属泵全部工作,且调速泵工作在最高转速。

系统由于采用设定值迁移模糊PID控制器控制,利用模糊控制器不需要精确的数学模型,通过逻辑判断和逻辑推理实现了模糊控制。

该系统由于采用PID控制,响应迅速;又由于采用了模糊控制,减小了超调量和震荡,并且只用一台变速泵与其它工频泵配合实现了系统的变速恒压供水,节约了投资。

本系统经过几个生活小区的使用,效果良好。

目前,农村人口生活水平不断提高,大部分农村都在改变过去饮用河水的传统习惯,以乡镇为单位供水的自来水厂到处可见,而乡镇单位一般自来水管网都较长,在离水厂较远的地方供水压力往往不足。

因此本系统特别适用于这些水厂,经在几个乡镇水厂使用,效果良好。

文献五：用模糊控制和变频调速实现恒压供水（安徽工程科技学院电气工程系安徽芜湖241000）中图分类号TP311.132.4 文献标识码A总结：由于供水系统的管网多变量，相互之间交叉耦合，而且水泵特性存在着非线性，所以很难建立精确的数学模型。

采用工程上PID算法整定参数较难。

对于难以确定数学模型和水压精度要求一般的系统，采用模糊控制算法是一种实用有效的方法。

模糊控制器采用双输入单输出的形式，以水压设定值Ps和实际测量值P0的误差e(e=P0-PS)及误差变化率ec作为模糊控制器的输入量，经模糊化后转化为用模糊控制语言描述的模糊集合，建立输入和输出之间的模糊控制规则，然后根据控制规则采用离线方式计算出模糊控制表，存于单片机内存中，在实时控制时将复杂的推理运算简化为查表运算，提高了系统的响应速度。

用较小的投资和开发周期实现了单片机模糊控制器控制的变频调速恒压供水，提高了供水质量，系统在恒压状态下运行时，设定值可从0.02～0.6 Mpa内任意设定，误差小于±0.01 Mpa，压力从0～0.6 Mpa的响应时间为2 min38 s。

通过阀门控制和变频调速控制方式进行实际测量，节能效果显著。

据可靠运行一年来的测算，节能一项已收回投资。

2) 系统中水泵电机的软启动，低速运行和定时轮休，有利于延长设备的使用寿命。

3) 采用模糊控制技术，避免了传统闭环PID控制参数整定复杂的弊端。

4) 供水的可靠性高，即使在清洗蓄水池时也可以保证不间断供水。

该系统可直接应用于小区、高楼供水和城市的供水系统，稍加改造也可推广到供气、供风等领域，具有广阔的应用前景。

根据所选背景设计的控制器（恒压供水）用模糊控制实现恒压供水1、水泵运行特性分析水泵的流量与其转速成正比，水泵的扬程(即水压)与其转速的平方成正比，水泵的轴功率与其转速的立方成正比，当电动机与水泵直接连接时，电动机的轴功率式中ρ为流体密度；Q为水泵的流量；H为水泵的扬程；η为水泵的效率。

2、控制器的设计由于供水系统的变量多，相互之间交叉耦合，而且水泵特性存在非线性，所以很难建立精确的数学模型。

采用工程上PCD 算法确定参数较难。

对于难于确定数学模型和水压精度要求一般的系统，采用模糊控制算法是一种实用有效的方法。

模糊控制器采用双输入单输出的形式，以水压设定值和实际测量值的误差及误差变化率作为模糊控制器的输入量，经模糊化后转化为用模糊控制语言描述的模糊集合，建立输入和输出之间的模糊控制规则，然后根据模糊控制规则采用离散方式计算模糊控制表，存于单片机的内存中，在实时控制时将复杂的推理运算化为查表运算"提高系统的响应速度。

3、模糊化本系统采用5个模糊集合来描述水压的误差、误差变化率和控制量，即：负大、负小、零、正小、正大（，并将它们的值域量化为9个等级，模糊子集的隶属函数选为三角形。

在值域（-4，-3，-2，-1,0，+1，+2，+3，+4）上模糊集合的隶属函数分布如下图所示。

隶属函数分布图4、模糊控制规则的设计模糊控制器的控制规则一般是基于专家和操作者的经验提出来的，据现场调节变频器控制水泵的经验及输入和输出的隶属函数得出控制规则表如表1所示，它表征了模糊系统的模糊关系为。

5、模糊控制表的生成根据模糊控制规则给出的模糊关系进行合成推理运算得出相应的模糊矢量。

而被控对象只接受一个精确量，必须将模糊矢量清晰化（反模糊化）依据模糊控制规则采用重心法推算出模糊控制表如表2所示。

将此表存放在单片机的内存中，编制一个查询该控制表的子程序，在实时压力控制中，单片机模糊化处理后直接通过查找控制表的值域值，再乘以比例因子去控制PWM波的占空比，并输出送给变频器，改变电机转速达到控制水压的目的。

总结：模糊控制器的优点优点：（1）模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确地数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受和理解，设计简单，便于应用。

（2）模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。

（3）模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。