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申请/专利权人：武汉理工大学

摘要：本发明涉及消防车技术，具体涉及B类泡沫混合系统的Smith‑模糊PID控制方法，采用Smith‑模糊PID控制算法对调节阀阀门开度实时调整，达到设定的B类泡沫的混合比的控制目标。泡沫混合控制器上电，进行系统程序初始化，系统检测传感器工作正常后，泡沫混合控制器实时读取调节阀的开度、泡沫液流量、水流量以及消防泵转速，实时计算当前泡沫溶液的比例，如果大于设定值，则应用Smith‑模糊PID算法，减小泡沫溶液的阀门开度；反之则增大泡沫溶液的阀门开度，直至满足用户选择泡沫比值的要求。该方法能够对B类泡沫混合系统泡沫混合比精确控制，能稳定和准确地输出3％或者6％的泡沫溶液比例，满足国标B类泡沫灭火要求。

主权项：1.B类泡沫混合系统的Smith-模糊PID控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、建立B类泡沫混合系统数学模型；步骤2、制定B类泡沫混合系统流量跟踪控制方法；步骤2的实现包括以下步骤：步骤2.1、首先依据建立的B类泡沫混合系统数学模型的基础上，在Simulink建立消防泵转速n和出口流量Q1的计算模块、阀门开度的计算模块、泡沫原液输出流量Qr的计算模块，以计算调节阀的开度，并将其作为开环信号作用于调节阀，则开环控制下泡沫原液输出流量为： D（s）为PID控制器的传递函数，利用经验整定法获得PID参数分别为：； 是控制调节阀开度的传递函数： 为关于变量和的反函数，为系统实际输出泡沫原液流量；PID控制下调节阀的开度输入为： 步骤2.2、引入Smith预估控制算法抑制PID控制滞后时间；Smith预估器： 中时间常数较大的惯性环节使用Taylor级数展开法近似分解为一个纯时延环节，得到；Smith预估控制下调节阀的开度输入为： ；步骤2.3、制定模糊逻辑和规则对传统PID的参数进行实时的调整和优化；根据系统的输入信号，计算产生的误差以及误差变化率，建立模糊规则进行模糊化推理，再对参数进行解模糊处理，最后将输出的参数作用到控制器中完成控制任务；步骤2.3.1、模糊控制器的误差和误差变化率是连续变化的量，将这两个物理量离散化处理，将其分成若干等级；设误差的基本论域、误差变化率的基本论域、输出变量的基本论域分别用、和来表示；同时，设定误差模糊子集的论域为，误差变化率模糊子集的论域为，控制量所取的模糊子集U的论域为；其中，对于离散论域形式取值有=6或者7；步骤2.3.2、输入参数的模糊化；将输入变量从基本论域转换到模糊集的论域，的量化因子及的量化因子计算公式分别为： 采用比例因子进行计算的公式为： 调节阀在控制指令的作用下开度响应的偏差和偏差率经验值为50%和100%，控制系统两个输入量调节阀开度偏差值与偏差的变化率的模糊论域分别为{-50，50}，{-100，100}，即，；三输出、和的模糊论域均为{0，100}；模糊子集都按照7个变量进行取值，即，用字母记作为；模糊控制器语言变量的模糊论域可以表示为： 采用三角形隶属度函数对模糊控制策略进行分析；步骤2.3.2、建立控制系统中、和三个变量模糊推理的规则库； 的模糊规则表 模糊规则表 的模糊规则表 步骤2.3.3、进行模糊PID解模糊处理；根据步骤2.3.2获取相对应的、和参数值，结合三角隶属度函数，使用重心法计算量化值： 式中，、、为传统PID的参数值；、、为比例因子；、、是根据模糊规则进行实时变化的输出值，针对B类泡沫混合系统的时滞特性以及非线性特征，结合PID控制和Smith预估补偿控制以及模糊PID控制理论，在建立的B类泡沫混合系统数学模型的基础上，制定B类泡沫混合系统的流量跟踪控制方法。

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