1、 第 1 页 共 54 页 基于 PLC 的模糊控制设计 摘摘 要要 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 控制器和模糊 PID 控制器的控制性能。 关
2、键词关键词：模糊控制、SIMATIC S7-300PLC、PID. 第 2 页 共 54 页 Design Of PLC Based on Fuzzy Control Abstract This paper first through the establishment of mathematical model of water tank of liquid level control system mechanism method, the dynamic characteristics in order to improve the adjustment process, the cas
3、cade control, the master regulator of fuzzy control, the secondary regulator adopts PID control. According to the characteristics of liquid level system, select the appropriate fuzzy control rules and membership functions, fuzzy control rule table, the design of PID controller and fuzzy controller,
4、cascade system will be designed the software simulation in Simulink, compared with the conventional PID controller and fuzzy PID controller performance. Keywords: fuzzy control, SIMATIC S7-300PLC, PID. 第 3 页 共 54 页 目目 录录 1 概述 . 1 1.1 研究背景及意义 . 5 1.2 国内外发展与现状 . 6 1.2.1 PLC 的发展与现状 6 1.2.2 PLC 的特点 7 1.
5、2.3 PLC 技术发展动向 . 9 1.2.4 可编程控制器的硬件组成 . 9 1.2.5 模糊控制系统 . 10 1.2.6 课题研究的主要内容 . 11 2 水箱液位控制模型分析 8 2.1 水箱液位串级控制系统设计 8 2.2 水箱液位控制系统组成及工作原理 8 2.3 水箱数学模型建立与分析 . 10 3.PID 控制和模糊控制 . 13 3.1 PID 控制 . 13 3.1.1 PID 简述 . 13 3.1.2 PID 控制算法 . 14 3.2 模糊控制 . 15 3.2.1 模糊控制器的基本结构 . 16 3.2.2 模糊集合 . 22 3.2.3 隶属度函数及其确定 .
6、25 3.2.4 模糊推理 . 27 3.2.5 液位模糊控制器的设计 27 4 模糊 PID 的 MATLAB 仿真 . 34 4.1 用 MATLAB 模糊逻辑工具箱设计模糊控制器 34 4.2 SIMULINK 仿真 31 5 系统硬件设计 37 第 4 页 共 54 页 5.1 西门子 S7-300PLC . 37 5.2 液位控制系统组成 38 6 PLC 编程实现 . 40 6.1 西门子 S7-300 编程基础 . 40 6.2 STEP 7 编程 42 6.3 控制算法的实现 . 43 6.3.1 程序流程图 43 6.3.2 梯形图程序 . 45 7 结 束 语 45 8 致 谢 46 参考文献 47 第 5 页 共 54 页 1 1 概述概述 1 1.1.1 研究背景及意义研究背景及意义 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
