一種基(jī)於(yú)模糊(hū)控製的(dí)恒壓供水係統 [日期
：2006-1-4] 來(lái)源
：電(diàn)子(zǐ)技(jì)術應用(yòng) 作者
：姜義初(chū) 王豪(háo)才 陳誌(zhì)雲(yún) [字體
：變(biàn)頻調速恒(héng)壓控(kòng)製(zhì)係統的控(kòng)製原理
，軟硬件設計及(jí)仿真結(jié)果。 關(guān)鍵(jiàn)詞
：模糊(hū)控製(zhì) 恒壓(yā)供(gōng)水 變頻調速 單(dān)片機在(zài)傳統的小區(qū)供水方式(shì)中，由(yóu)於揚水較(jiào)高且電機一直(zhí)高速運行，造成(chéng)的(dí)電能(néng)消(xiāo)耗(hào)比(bǐ)較大，幾(jī)乎(hū)占(zhān)到(dào)水(shuǐ)費(fèi)成本的一(yī)半(bàn)以(yǐ)上。變頻調速(sù)是一項有效(xiào)的節能(néng)降耗技(jì)術(shù)，節電(diàn)率很高，一(yī)般(bān)可(kě)節20%～40%。由(yóu)於其具(jù)有高速精(jīng)度高(gāo)
，功率因數高(gāo)等(děng)特點(diǎn)，采用它可以提高出(chū)水質量
，降(jiàng)低(dī)物科和設備的損耗(hào)，同(tóng)時也能(néng)減(jiǎn)少(shǎo)機(jī)械(xiè)磨損和噪(zào)聲(shēng)。小區(qū)用(yòng)水(shuǐ)具有以下幾(jī)個(gè)特點(diǎn)
：（1）用水變化量大(dà)；（2）對水壓的(dí)要(yào)求比(bǐ)較高；（3）流量(liáng)基本上(shàng)由用戶控製(zhì)。針(zhēn)對這些特點，本文提出一種基於(yú)模(mó)糊控製理(lǐ)論(lùn)的(dí)新型(xíng)恒壓供(gōng)水係統。它(tā)與(yǔ)傳統的(dí)供水係(xì)統相比(bǐ)，不但可使(shǐ)水壓(yā)保持恒(héng)定
，節電節水(shuǐ)，而且(qiě)靈活性高
，占(zhān)地麵積小(xiǎo)
，投(tóu)資省
，操作方便
，運(yùn)行(háng)可靠(kào)
，具(jù)有(yǒu)良(liáng)好的(dí)經(jīng)濟和社會(huì)效益。

1 係統的控製原理本係統具備(bèi)同(tóng)時(shí)控(kòng)製(zhì)多台(tái)水(shuǐ)泵(bèng)的(dí)功能。根(gēn)據(jù)不同場合(hé)
，不同需要(yào)可(kě)以(yǐ)采取(qǔ)多台(tái)水泵同時運(yùn)行
，定時(shí)換泵等(děng)多(duō)種工作(zuò)方(fāng)式。泵(bèng)電(diàn)機全部軟啟動(dòng)，以(yǐ)先(xiān)啟先停為(wéi)原則(zé)。本係統具有變頻(pín)器頻(pín)率(shuài)顯示和實(shí)時壓力顯(xiǎn)示；具(jù)有變(biàn)頻器(qì)故障
，遠傳表故障
，欠壓(yā)超時和水位(wèi)報(bào)警批示(shì)。本係(xì)統(tǒng)以(yǐ)單片機為核心(xīn)，在(zài)水泵的出水(shuǐ)管(guǎn)道上安裝(zhuāng)一(yī)個(gè)壓力傳(chuán)感器，用(yòng)於檢測管(guǎn)道壓力，並把其壓力信(xìn)號變(biàn)成0～5V的模擬電信號(hào)，送到(dào)單片機係統的A/D轉換(huàn)器輸入端，經A/D轉換後變(biàn)成相應的(dí)數字信號(hào)，送入單片機(jī)進(jìn)行(háng)數據處理(lǐ)。經單片(piàn)機運算後的壓力值 與(yǔ)設定的壓(yā)力值進行比(bǐ)較，得(dé)出偏(piān)差值，再(zài)經PID調節得出(chū)控製(zhì)參數(shù)，然(rán)後(hòu)經A/D轉換後變成(chéng)0～10 V的模擬信號，送(sòng)入(rù)變(biàn)頻(pín)器(qì)控製(zhì)其輸出(chū)頻(pín)率(shuài)的大(dà)小，以(yǐ)此(cǐ)改變水泵(bèng)的電(diàn)機轉速，從而達(dá)到(dào)控製管(guǎn)道(dào)壓力(lì)的目(mù)的。當(dāng)實(shí)際管(guǎn)道(dào)壓力小(xiǎo)於(yú)給定(dìng)壓(yā)力時(shí)，變(biàn)頻(pín)器輸出頻(pín)率升高，電(diàn)機(jī)轉速(sù)加快，管(guǎn)道壓力(lì)升高(gāo)；反之，變頻(pín)器(qì)頻率降(jiàng)低(dī)，電(diàn)機轉(zhuǎn)速(sù)減(jiǎn)小，管道(dào)壓力(lì)降低。如(rú)此上下(xià)調(tiáo)整(zhěng)多次，直到偏(piān)差值為零為(wéi)止。這樣(yàng)，實際(jì)壓力(lì)值(zhí)圍繞(rào)設定壓(yā)力值(zhí)上(shàng)下(xià)波動而(ér)穩定(dìng)，從而保持供(gōng)水壓力恒(héng)定(dìng)。2 控製係統(tǒng)的(dí)硬(yìng)件設(shè)計(jì)基於單片(piàn)機的(dí)變頻恒壓(yā)供水控(kòng)製係統(tǒng)的硬件結構(gòu)框圖(tú)如(rú)圖1所(suǒ)示。係統(tǒng)以AT89C52單片機作為整(zhěng)個(gè)係統的(dí)控(kòng)製核心，應(yīng)用(yòng)其*的(dí)接(jiē)口(kǒu)功能(néng)，構(gòu)成(chéng)整(zhěng)個恒壓供(gōng)水控製的硬(yìng)件(jiàn)係統。

本係統硬(yìng)件主(zhǔ)要(yào)由A/D轉換(huàn)器(qì)
，D/A轉(zhuǎn)換(huàn)器(qì)
，鍵盤
，顯示(shì)係統
，電(diàn)源
，故障(zhàng)檢(jiǎn)測(cè)電路(lù)以及時鐘係(xì)統(tǒng)等幾部分組成。各模(mó)塊(kuài)的(dí)主(zhǔ)要功(gōng)能如下
：（1）A/D轉(zhuǎn)換器(qì)的功能(néng)是把水管的(dí)壓力信號經傳(chuán)感(gǎn)器轉換成0～5V的模擬電(diàn)壓(yā)信號(hào)，再(zài)變成數(shù)字信號，然(rán)後送(sòng)入單片(piàn)機；（2）D/A轉(zhuǎn)換(huàn)器的功(gōng)能是把實際水壓與設定(dìng)壓力之(zhī)差經單(dān)片機處理後(hòu)而(ér)輸(shū)出的數(shù)據(jù)（8位立(lì)即(jí)數）轉換成模擬電壓信號(hào)，用以(yǐ)控製(zhì)變頻(pín)器(qì)的輸出頻(pín)率，從而(ér)控製(zhì)電機的轉(zhuǎn)速(sù)，達(dá)到(dào)控(kòng)製(zhì)水(shuǐ)壓的(dí)目(mù)的(dí)；（3）鍵盤(pán)用於通過人(rén)機對(duì)話(huà)的(dí)方(fāng)式(shì)監(jiān)控係統，例(lì)如改變(biàn)係(xì)統(tǒng)的壓力設定值等參換水泵的時間
，水(shuǐ)泵的(dí)工(gōng)作方(fāng)式(shì)等(děng)；（4）顯示係統用於(yú)顯示係統的(dí)工作(zuò)狀態(tài)，如(rú)設定(dìng)的水壓值
，實(shí)際(jì)水壓值
，缺水(shuǐ)和漏水(shuǐ)警報(bào)等；（5）故障檢(jiǎn)測(cè)電路(lù)用(yòng)於監測(cè)變頻(pín)器
，水泵(bèng)以及蓄(xù)水池的狀(zhuàng)態。3 模(mó)糊(hū)控製器設計由於(yú)供(gōng)水係統管網較長(cháng)，流量變(biàn)化(huà)緩慢(màn)，水壓的調節有較(jiào)大的滯(zhì)後性(xìng)，所以(yǐ)難(nán)以建立一個(gè)精(jīng)確(què)的數學模型，用(yòng)傳統的PID調節器(qì)難以(yǐ)獲得(dé)滿(mǎn)意的效(xiào)果。模糊(hū)PID控(kòng)製是(shì)結(jié)合PID控製(zhì)和模糊(hū)控製而得出的一(yī)種新(xīn)型控製方式(shì)。模糊(hū)控(kòng)製器的優(yōu)點是不要求掌握(wò)受控(kòng)對象(xiàng)的(dí)精確的(dí)數學模(mó)型。筆者對模(mó)糊(hū)PID調節(jié)器(qì)與傳(chuán)統的PID調節(jié)器進行了(liǎo)Matlab仿真比較(jiào)，如圖(tú)2所示。其(qí)中(zhōng)曲(qū)綫1是(shì)PID調節器的仿(fǎng)真曲綫，曲綫2是模糊(hū)PID調(tiáo)節器(qì)的(dí)仿(fǎng)真(zhēn)曲綫(xiàn)。從(cóng)圖2中可以(yǐ)看出，曲綫2的動(dòng)態響應要比(bǐ)曲(qū)綫(xiàn)1快(kuài)得(dé)多，而且(qiě)靜態誤(wù)差也比(bǐ)較小。因此(cǐ)，模(mó)糊PID控(kòng)製(zhì)器(qì)在控製過(guò)程的前(qián)期階段具有(yǒu)模(mó)糊(hū)控製器(qì)的(dí)優點（動態(tài)響(xiǎng)應快(kuài)），而(ér)在控(kòng)製過程(chéng)的後(hòu)期階段又(yòu)具(jù)有(yǒu)PID調節器(qì)的優勢(shì)（靜態(tài)誤差小）。故本文采(cǎi)用(yòng)的(dí)模糊PID調(tiáo)節(jié)器(qì)的優(yōu)勢（靜態誤差(chà)小）