手搓一个内含PID+开关+模糊+神经控制四合一的项目（附项目下载）

该项目包括一个简单的自动化系统、一个带有两个泵的液体罐和一个液位传感器。从 HMI 中，我们可以选择控制器的类型及其设置，并在图表上查看其操作。这液位控制的 PLC 程序。代码在 TIA Portal V17 中。该水箱已在 Factory IO 3D 模拟软件中建模。

包含内容：

1.HMI面板

2.开关控制器

3.PID 控制器

4.Takagi-Sugeno模糊PI控制器

5.神经网络 NARX 控制器

程序结构分为四层。程序结构与面向对象的概念类似。每层负责一项主要任务。

图0

1 HMI面板

HMI 显示基本水箱液位控制信息。它显示泵状态、传感器状态、操作模式、控制器选择，并包含波形图。从 HMI 我们可以更改默认控制器设置。 

图1

2 控制器

该程序包括用 scl 和 lad 编写的控制器。

2.1  坡度控制

在自动化系统中，斜坡函数通常用作控制器或执行器的输入信号，以及平稳启动、停止或调节机械系统速度的手段。斜坡是一种数学函数，描述信号值随时间逐渐增加或减少的过程。

图2

2.2 开关控制

带滞后的开关控制器，也称为滞后控制器，是一种用于自动化和过程控制的控制系统。它是一种简单且经济高效的控制系统，根据一组阈值打开和关闭系统，同时引入少量滞后以防止在开启和关闭状态之间快速切换。

图3 

2.3 PID

增量式 PID 算法是用于反馈控制系统的经典 PID 控制算法的变体。它是一种 PID 控制形式，根据输入的变化或增量而不是输入的绝对值来计算控制器的输出。在增量式 PID 算法中，控制器通过考虑当前输入与先前输入之间的差异以及当前误差与先前误差之间的差异来计算输出。通过计算这些差异，控制器计算出调整系统并实现所需设定点所需的输出增量变化。

图4

2.4  TS

Takagi-Sugeno (TS) 模糊 PI 控制器是一种使用模糊逻辑根据系统当前运行条件调整 PI 控制器的比例和积分增益的控制器。TS 模糊 PI 控制器是工业控制系统中常用的经典 PI 控制器的变体。 

TS 模糊 PI 控制器的工作原理是，首先根据有关受控系统的专家知识或实验数据定义一组模糊规则。这些模糊规则描述了系统输入和输出之间的关系，并以语言变量的形式表示，例如“低”、“中”或“高”。然后使用这些规则构建模糊推理系统，该系统根据系统输入的当前值确定 PI 控制器的适当比例和积分增益。

图5

2.5  奈拉克斯

NARX（具有外部输入的非线性自回归）神经控制是一种基于神经网络的控制系统，用于建模和控制非线性动态系统。它是经典 NARX 模型的变体，常用于时间序列预测和系统识别。

图6

NARX 神经控制系统使用前馈神经网络来模拟受控系统的行为。神经网络将系统输入和输出的当前值和过去值以及任何外生输入作为输入，并使用它们来预测系统的未来输出。使用从系统收集的一组输入/输出数据来训练网络，并使用反向传播算法调整网络的权重，以最大限度地减少预测输出和实际输出之间的差异。

图7 

一旦神经网络经过训练，它就会被用作控制器来调节受控系统的行为。控制器将系统输入和输出的当前值和过去值以及任何外生输入作为输入，并使用神经网络预测系统的未来输出。预测输出和期望输出之间的差异用于调整发送给系统的控制信号，使其进入期望状态。

如何使用

要运行此应用程序，您需要在计算机上安装 FactoryIO 和 TIA Portal（v16 及更高版本）。 

工厂输入输出

下载工厂 io 的场景并将其移动到C:\Users\username\Documents\Factory IO\My Scenes

 TIA Portal

在 TIA v17 及更高版本上：下载该程序的原始版本并在 TIA 中打开 

版本控制接口

在 TIA v16 及更高版本中：下载程序模板并在 TIA 中打开 

图8 

SIMATIC 自动化比较工具

您可以使用 SIMATIC 自动化比较工具软件直接查看 .xml 扩展中的函数和块。

图9 

最后呈现的效果如下：

图10

如果需要获取项目可以和剑指工控技术咨询管理员索取。

项目下载

下载地址：

 https://pan.baidu.com/s/1mSIKK5OCAoHAUcfawvjdSQ

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2024年12月