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1、中北大学2013届毕业设计说明书基于PLC的模糊控制设计摘要本篇文章介绍了一种基于PLC的模糊控制系统的设计方法，并且通过以水箱液位控制方式为研究对象详细叙述了PLC的基本原理及PLC的工程设计的相关步骤。本文首先通过机理法建立液位控制系统水箱的数学模型，为了改善调节过程的动态特性，采用串级控制，主调节器用模糊控制，副调节器采用PID控制。根据液位系统的特征，选取合适的模糊控制规则和隶属度函数，建立模糊控制规则查询表，设计PID控制器和模糊控制器，将设计好的串级系统在Simulink软件上进行仿真，比较常规PID
2、控制器和模糊PID控制器的控制性能。关键词：模糊控制、SIMATICS7-300PLC、PID.第54页共54页中北大学2013届毕业设计说明书DesignOfPLCBasedonFuzzyControlAbstractThispaperfirstthroughtheestablishmentofmathematicalmodelofwatertankofliquidlevelcontrolsystemmechanismmethod,thedynamiccharacteristicsinordertoimprov
3、etheadjustmentprocess,thecascadecontrol,themasterregulatoroffuzzycontrol,thesecondaryregulatoradoptsPIDcontrol.Accordingtothecharacteristicsofliquidlevelsystem,selecttheappropriatefuzzycontrolrulesandmembershipfunctions,fuzzycontrolruletable,thedesignofPIDcon
4、trollerandfuzzycontroller,cascadesystemwillbedesignedthesoftwaresimulationinSimulink,comparedwiththeconventionalPIDcontrollerandfuzzyPIDcontrollerperformance.Keywords:fuzzycontrol,SIMATICS7-300PLC,PID.第54页共54页中北大学2013届毕业设计说明书目录1概述11.1研究背景及意义11.2国内外发展与现状21.2.1
5、PLC的发展与现状21.2.2PLC的特点31.2.3PLC技术发展动向51.2.4可编程控制器的硬件组成51.2.5模糊控制系统61.2.6课题研究的主要内容72水箱液位控制模型分析82.1水箱液位串级控制系统设计82.2水箱液位控制系统组成及工作原理82.3水箱数学模型建立与分析103.PID控制和模糊控制133.1PID控制133.1.1PID简述133.1.2PID控制算法143.2模糊控制153.2.1模糊控制器的基本结构163.2.2模糊集合193.2.3隶属度函数及其确定223.2.4模糊推理243
6、.2.5液位模糊控制器的设计244模糊PID的MATLAB仿真304.1用MATLAB模糊逻辑工具箱设计模糊控制器304.2SIMULINK仿真315系统硬件设计33第54页共54页中北大学2013届毕业设计说明书5.1西门子S7-300PLC335.2液位控制系统组成346PLC编程实现366.1西门子S7-300编程基础366.2STEP7编程376.3控制算法的实现406.3.1程序流程图406.3.2梯形图程序427结束语458致谢46参考文献47第54页共54页中北大学2013届毕业设计说明书1概述1.
7、1研究背景及意义随着时代的不断发展，PLC在现代工业的地位上越来越重要。在工业应用中其具备许多优点，如：编程方便，现场可修改程序；维修方便，采用模块化结构；可靠性高于继电器控制装置；体积小于继电器控制装置；数据可直接送入计算机;成本可与继电器控制装置竞争；可直接用115V交流输入；输出为115v，2A以上，能直接驱动;电磁阀、接触器等；通用性强，要能扩展；用户程序存储器容量可扩展到4KB[1]。PLC，即可编程序控制器，可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，可编程逻辑控制器其硬件结构基本上与微型计算机
8、相同。其结构包括：电源,中央处理单元(CPU),存储器,输入输出接口电路,功能模块,通信模块。最早出现于上世纪60年代，是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运作的电子装置[2]。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑、顺序运算，计时、计数和算术运算等操作指令，并能通过数字式或模拟式输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。具备着这些独特优点，PLC在工业中
