科技信息高校理科研究基于模糊控ｇＵＢ，３１Ｉ亘压供水自动控制系统设计江西理工大学机电学院梁毓明朱俊林张振利·［摘要］本文以ＬＰＣ２１３２微控制器为核心，设计了恒压供水自动控制系统的硬件电路和模糊控制器。将管网压力与给定压力的误差和误差率作为模糊控制器的输入．经过查询模糊控制表得出控制量，实现变频恒压供水自动控制。采用模糊控制算法实现变频恒压供水，使系统具有节能、安全、供水压力稳定等优点。［关键词］恒压供水ＬＰＣ２１３２变频器模糊控制０引言随着工业企业和人们生活用水量的增大以及对供水要求不断的提高，恒压供水变得越来越重要。目前国内多数企业仍使用传统的恒速泵组切换加压供水方式，其水压不稳且浪费电能。我国每年水泵消费的电能约占电能总消耗量的２０％，而电能消耗又占消费成本的６０％以上，故优化对水泵的控制具有重要的意义ＩＩ］。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。采用工程上的ＰＩＤ控制算法其参数较难确定。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ＩｚＪ是一种实用有效的方法。本文ＬＰＣ２１３２微控制器ｍ４Ｊ为核心，采用模糊控制算法实现变频调速恒压供水。使系统具有节能、安全、供水压力稳定等优点。１眦２１３２微控制器是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟ＬＰＣ２１３２简介踪的１６／３２位ＡＲＭＴｒＤＭＩ—ＳＣＰＵ，处理器时钟高达６０ＭＨｚ，片内集成１６ＫＢＳＲＡＭ和６４ＫＢ高速Ｆｌａｓｈ存储器。ＬＰＣ２１３２集成度高，功耗低，ＣＰＵ操作电压范围：３．０—３．６Ｖ，Ｉ／Ｏ口可承受５Ｖ的电压。其内部集成的多个串行接口、多个３２位定时器、１个１０位８路的ＡＤＣ、１个１０位ＤＡＣ、ＰＷＭ通道、４７个ＧＰＩＯ以及多达９个边沿或电平触发的外部中断使它们特别适用于工业控制应用。常用ＬＰＣ２１３２可以大大减少系统硬件的外围电路，提高系统的可靠性。２系统设计２．１恒压供水自动控制系统原理恒压供水自动控制系统由上位机、ＬＰＣ２１３２微控制器、电机水泵机组、变频控制器、上下限水位传感器、压力传感器及继电器接触控制等组成。其中ＬＰＣ２１３２是整个控制系统的核心。压力传感器是系统控制变量的测量元件，而电机水泵机组、变频控制器及继电器接触控制，可看作恒压供水控制系统的执行机构。当ＬＰＣ２１３２采样到压力传感器测得的水压值超出给定水压值范围时，将根据设定算法发出控制信号，用以控制水泵投入台数和水泵电机的转速，达到恒压供水的目的。本系统具备同时控制三台水泵（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３均为同容量）的功能。根据不同场合、不同斋要可以采取三台水泵同时运行、二台水泵同时运行、一台运行一台备用、一台运行二台备用、定时换泵等多种工作方式。系统工作时，水泵运行个数由各用水时段的管网压力值决定。系统投入运行时，首先启动Ｍｌ转入变频电网，进行软启动。若用水量大，则管网压力始终达不到设定值，经一定延时后，自动将Ｍｌ转投工频电网，并将Ｍ２投入变频电嘲，进行软启动，其转速由零逐渐增加。当升至额定转速且水压仍低于设定值时，则自动将Ｍ２转投工频电网，再将Ｍ３投入变频电网，进行软启动。若此时用水量减少，则水压增高，当高于设定值时，则自动将Ｍ３由工频电网切除，并将Ｍ２投入变频电网，若由Ｍ２调速维持管网水压仍高于设定值，则将Ｍ２由工频电网切除，并将Ｍｌ投入变频电网，由Ｍｌ调速维持管网水压在给定误差范围之内。运行中，若有备用水泵，当有水泵运行超过一定时间时，则按先开先停并切换到备用泵。２．２恒压供水自动控制系统硬件设计微控制器是系统实现恒压供水自动控制的核心。压力传感器将管网压力变换为电信号，经放大器放大，输入到ＬＰＣ２１３２微控制器内部Ａ／Ｄ转换器进行转换，将给定压力值与检测值的差值及其变化率作为模糊控制器的输入，经ＬＰＣ２１３２－－——９４·－——万方数据运行台数。同时，ＬＰＣ２１３２还要通过上下限水位传感器监测蓄水池的水佗，控制电动阀的开度以保证蓄水池有充足的水。当系统的水泵出现故障时，系统将自动停止该水泵工作并以声光报警；为了提高蓄水池上下限水位的准确性，分别用８个水佗传感器对上、下限水位进行检测，当传感器有信号输出的个数大于等于５时，即可确认水位到达上限（或下限）水位，同时无信号输出的传感器对应的故障指示灯点亮报警。３模糊控制模糊控制器采用双输入单输出的形式，以水压设定值与实际测量值的误差ｅ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表｜ｊ．“，然后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卡Ｈ应的模糊矢量，再将模糊矢量清晰化并依据模糊控制规则采用莺心法推算出模糊控制表．存于ＬＰＣ２１３２的Ｆｌａｓｈ中，在实时控制时将复杂的推理运算简化为查表运算，提高系统的响应速度。（１）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（ＮＢ、ＮＳ、ＺＥ、ＰＳ、ＰＢ），并将它们的值域量化为９个等级，论域为（－４、一３、一２、一ｌ、０、ｌ、２、３、４），模糊子集的隶属函数选为等腰三角形。ｆ２）模糊控制规则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人和输出的隶属函数得出控制规则库，它表征了模糊系统的模糊关系为：Ｉｆ’ＥＡＮＤＥＣ。Ｉ’ＨＥＮＵ（３）模糊控制表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府的模糊矢量。但被控对象只接受一个精确量，必须将模糊矢量清晰化，依据模糊控制规则采用蘑心法推算出模糊控制表，并将该表存放在ＬＰＣ２１３２的Ｆｌａｓｈ中．编写一个查询该控制表的子程序，在实时压力控制中，微控制器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。４结论在现代自动化水厂中，采用变频调速的恒压控制系统，可以降低电耗，安全、优质、高效、低耗供水。本系统用ＬＰＣ２１３２微处理器作为核心．采用模糊控制算法实现变频调速恒压供水，保证系统可进行高质量的恒压供水；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；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。同时系统实现了恒压自动控制，降低了操作人员频繁操作，节省人力。运行结果表明。此系统运行可靠，稳压精度高。参考文献【１】李洪斌，张承慧，宋军等．远程供水变频调速计算机控制系统的设计ｌＪｌ．电气传动．２００２．３２（１）：１４－１８．【２】田思庆，周启龙．张敬萍．模糊控制实现的变频恒压供水系统．佳木斯大学学报（自然科学版）．２００７，２５（２）：２２５－２２７．ｆ３１周立功，张华．深入浅出ＡＲＭ７——ＬＰｃ２１３ｘ／ＬＰｃ２１４ｘ【Ｍ１．北京：北京航空航天大学出版社．２００５．ｆ４ｌ周立功．ＡＲＭ嵌入式系统软件开发实例（一）【Ｍ】．北京：北京航空航天大学出版社。２００４．【５】于永权，曾碧．单片机模糊逻辑控制【Ｍ】．北京：航空航天大学出版社。１９９５．ｆ６１谢宋和．甘勇．单片机模糊控制系统设计与应用实例【Ｍ】．北京：电子工业出版社。１９９８．查询模糊控制表得出相应的输出控制量，输出控制量经Ｄ／Ａ转换输出给变频器，进而控制变频器的输出频率和控制水泵基于模糊控制的恒压供水自动控制系统设计
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梁毓明， 朱俊林， 张振利江西理工大学机电学院
科技信息（学术版）
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION2008，\"\"(28)0次
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以LPE2132微控制器为核心,设计了恒压供水自动控制系统的硬件电路和模糊控制器.将管网压力与给定压力的误差和误差率作为模糊控制器的输入,经过查询模糊控制表得出控制量,实现变频恒压供水自动控制.采用模糊控制算法实现变频恒压供水,使系统具有节能、安全、供水压力稳定等优点.
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