智能控制導(dǎo)論12

1、思考題思考題1)1)定義定義以自然或人工語言中模糊概念的詞或句作為變量，而不以自然或人工語言中模糊概念的詞或句作為變量，而不是以數(shù)值作為變量，如偏高，偏低，速度快，速度慢等是以數(shù)值作為變量，如偏高，偏低，速度快，速度慢等均是語言變量。均是語言變量。2)2)構(gòu)成構(gòu)成一個模糊語言變量可有一個五元體構(gòu)成：（一個模糊語言變量可有一個五元體構(gòu)成：（X, T(x), U, X, T(x), U, G, MG, M）其中：其中：X X 語言變量的名稱，溫度，壓力，流量，偏差，語言變量的名稱，溫度，壓力，流量，偏差，誤差，速度誤差，速度T(x) T(x) 語言變量語言值名稱的集合語言變量語言值名稱的集合U U

2、 論域論域G G 語法規(guī)則語法規(guī)則M M 語義規(guī)則語義規(guī)則U U=-6, +6 =-6, +6 ，偏差的范圍；，偏差的范圍；T(x)T(x)就是與誤差相關(guān)的語言值集合。就是與誤差相關(guān)的語言值集合。T(x)=T(x)=正大正大+ +正中正中+ +正小正小+ +零零+ +負(fù)小負(fù)小+ +負(fù)中負(fù)中+ +負(fù)大，語言值的多少視控制目負(fù)大，語言值的多少視控制目標(biāo)與要求而定。標(biāo)與要求而定。G G，語法規(guī)則，就是平時我們所講的邏輯推理規(guī)則，語法規(guī)則，就是平時我們所講的邏輯推理規(guī)則，對經(jīng)驗的總結(jié)，常用對經(jīng)驗的總結(jié)，常用ififthenthen表達出來。表達出來。M M，語義規(guī)則，即與每個語言變量相聯(lián)系的算法規(guī)則，

3、語義規(guī)則，即與每個語言變量相聯(lián)系的算法規(guī)則，也就是符合這語言變量的變量值（隸屬度函數(shù)值）如也就是符合這語言變量的變量值（隸屬度函數(shù)值）如何取，如何計算。對應(yīng)論域中的自變量，語言變量的何取，如何計算。對應(yīng)論域中的自變量，語言變量的值（語言值）如何取。如正大，溫度為值（語言值）如何取。如正大，溫度為0 0，函數(shù)值；，函數(shù)值；溫度為溫度為100100，函數(shù)值（按怎樣曲線算值）。，函數(shù)值（按怎樣曲線算值）。事實上就事實上就是語言變量如何取值。是語言變量如何取值。 語義規(guī)則決定了語言值的取值，如語義規(guī)則決定了語言值的取值，如“零零”的取值為：的取值為：（0 0，0 0，0 0，0 0，0.50.5，1

4、1，0.50.5，0 0，0 0，0 0，0 0）1)1)定義定義也叫模糊邏輯推理，是也叫模糊邏輯推理，是不確定性推理的一種方法，是以模糊判不確定性推理的一種方法，是以模糊判斷為前提，運用模糊語言規(guī)則，推出一個新的模糊判斷結(jié)論的斷為前提，運用模糊語言規(guī)則，推出一個新的模糊判斷結(jié)論的方法方法。如。如“若晴天則暖和若晴天則暖和”，就是一種模糊推理。，就是一種模糊推理。 （與門如（與門如果全為果全為1 1，則輸出，則輸出1 1）2)2)表示方法表示方法 一般用一般用三段論三段論表示方法，即從兩個判斷得到第三個判斷的一種表示方法，即從兩個判斷得到第三個判斷的一種推理方法。其中第一個判斷提供了一般的原理

5、原則，稱其為推理方法。其中第一個判斷提供了一般的原理原則，稱其為大大前提前提；第二個判斷指出了一個特殊場合情況，叫；第二個判斷指出了一個特殊場合情況，叫小前提小前提，聯(lián)合，聯(lián)合這兩個判斷，說明一般原則和特殊情況的聯(lián)系，從而得到第三這兩個判斷，說明一般原則和特殊情況的聯(lián)系，從而得到第三個判斷，也稱之為個判斷，也稱之為結(jié)論結(jié)論，例：，例：大前提：腿長則跑得快大前提：腿長則跑得快小前提：小王腿很長小前提：小王腿很長結(jié)論：小王跑得快結(jié)論：小王跑得快 推理的結(jié)論不是從前提中嚴(yán)格推導(dǎo)得來，而是按近似推理的結(jié)論不是從前提中嚴(yán)格推導(dǎo)得來，而是按近似邏輯得出的結(jié)論，稱之為近似推理（似然推理）。邏輯得出的結(jié)論，稱

6、之為近似推理（似然推理）。 例：大前提：如果溫度低，則控制電壓高例：大前提：如果溫度低，則控制電壓高小前提：溫度很低小前提：溫度很低結(jié)論：控制電壓很高結(jié)論：控制電壓很高大前提：如果有大前提：如果有A A，則有，則有B B小前提：如果有小前提：如果有A A 結(jié)論：結(jié)論：)(BAABv扎登推理法扎登推理法v扎登教授將大前提兩命題之間的關(guān)系看作是蘊涵關(guān)扎登教授將大前提兩命題之間的關(guān)系看作是蘊涵關(guān)系，則：系，則：是是A A就是就是B B，不是，不是A A就不是就不是B B。)1 ()()(ABABABA若用若用R Rzdzd表示模糊關(guān)系矩陣，則表示模糊關(guān)系矩陣，則 R Rzdzd=RzdRzd(x,y

7、)(x,y)n nm m，其中，其中 )(1 )()(xyxABAzdR由此可求輸出：由此可求輸出：B B= A A R Rzdzd把大前提中兩命題之間的關(guān)系看成是兩個模糊集合之把大前提中兩命題之間的關(guān)系看成是兩個模糊集合之間的模糊關(guān)系，利用模糊關(guān)系的求取方法進行推理間的模糊關(guān)系，利用模糊關(guān)系的求取方法進行推理合成。合成。 A AB B= =A AB B 若令若令R Rminmin表示表示A A與與B B之間的模糊關(guān)系（序偶之間的模糊關(guān)系（序偶對集合），則：對集合），則： R Rminmin= ( r= ( rijij ) )n nm m )()(),(minjBiAiiRijyxyxr模糊輸

8、出模糊輸出B B= A A R Rminmin 語言規(guī)則：若語言規(guī)則：若A A則則B B否則否則C C邏輯表達式：邏輯表達式：則模糊關(guān)系矩陣則模糊關(guān)系矩陣 ： 若輸入為若輸入為A A ，則輸出，則輸出B B 為：為：B B= A A R R)()(CABA)()(CABAR)1()(),(CABARyx1 1）問題提出）問題提出形如加熱爐控制系統(tǒng)，當(dāng)控制精度要求較高時，不僅要形如加熱爐控制系統(tǒng)，當(dāng)控制精度要求較高時，不僅要控制爐溫偏差，而且要控制偏差的變化率，這是模糊控控制爐溫偏差，而且要控制偏差的變化率，這是模糊控制器就有兩個輸入，其規(guī)則要依據(jù)兩個輸入的狀態(tài)而定，制器就有兩個輸入，其規(guī)則要依

9、據(jù)兩個輸入的狀態(tài)而定，就要用到多輸入推理。就要用到多輸入推理。 大前提：若大前提：若A A且且B B則則C C前提：若現(xiàn)在輸入前提：若現(xiàn)在輸入AA與與B B 結(jié)論：結(jié)論：C C=(=( A A and and B B) ( A A and and B B)C C 若用模糊矩陣表示三者的模糊關(guān)系，則若用模糊矩陣表示三者的模糊關(guān)系，則R=AR=AB BC C 3 3）求取方法）求取方法a) a) 先求先求D D= =A AB B （前行后列）（前行后列）)()()(),(zyxzyxCBARb) b) 將將D D寫成列矢量，寫成列矢量，DT=dDT=d1111d d1n1nd dm1m1d dmn

10、mn T T拉直轉(zhuǎn)置拉直轉(zhuǎn)置c) c) 求關(guān)系矩陣求關(guān)系矩陣R RR R= =D DT TC Cd) d) 求已知輸入求已知輸入AA、BB的模糊關(guān)系（相當(dāng)于模糊關(guān)系輸?shù)哪：P(guān)系（相當(dāng)于模糊關(guān)系輸入），入），D=AD=ABB)()(yxdBAxy令令BAddddDTmnmn1111f) f) 求模糊輸出求模糊輸出C C=DTDT R R例：若例：若A A=(1,0.5) and =(1,0.5) and B B=(0.1,0.5,1)=(0.1,0.5,1)，則，則C C=(0.2,1)=(0.2,1)已知已知A A=(0.8,0.1) and =(0.8,0.1) and B B=(0.5,0

11、.2,0)=(0.5,0.2,0)，求，求C C 1 1）問題提出）問題提出對于一個控制系統(tǒng)而言，一條模糊控制規(guī)則是不能滿對于一個控制系統(tǒng)而言，一條模糊控制規(guī)則是不能滿足控制要求的，通常要有一系列的控制規(guī)則來構(gòu)成一足控制要求的，通常要有一系列的控制規(guī)則來構(gòu)成一個完整的控制系統(tǒng)，再如電阻爐溫度控制系統(tǒng)就有個完整的控制系統(tǒng)，再如電阻爐溫度控制系統(tǒng)就有2121條規(guī)則，這時如何求涵蓋條規(guī)則，這時如何求涵蓋2121條規(guī)則的關(guān)系矩陣呢？條規(guī)則的關(guān)系矩陣呢？如：如：if A1 and B1 if A1 and B1 then C1 then C1if A2 and B2 if A2 and B2 then

12、C2 then C2if An and Bn if An and Bn then Cn then Cn2 2）表達形式）表達形式為便于表達，以二輸入多規(guī)則為例為便于表達，以二輸入多規(guī)則為例大前提：如果大前提：如果A A1 1且且B B1 1，則，則C C1 1否則如果否則如果A A2 2且且B B2 2，則，則C C2 2否則如果否則如果A An n且且B Bn n，則，則C Cn n小前提：如果輸入小前提：如果輸入A A 且且B B 結(jié)論：結(jié)論：C C = =？ 求模糊控制輸出關(guān)鍵是求模糊關(guān)系矩陣，多輸入多規(guī)則模糊關(guān)求模糊控制輸出關(guān)鍵是求模糊關(guān)系矩陣，多輸入多規(guī)則模糊關(guān)系陣如何求取呢？步驟如

13、下系陣如何求取呢？步驟如下 a)a)求各規(guī)則的模糊關(guān)系矩陣求各規(guī)則的模糊關(guān)系矩陣根據(jù)多輸入推理方法根據(jù)多輸入推理方法：R R1=1=A A1 1B B1 1C C1 1 R R2=2=A A2 2B B2 2C C2 2 R Rn=n=A An nB Bn nC Cn nb)b)將各模糊關(guān)系子矩陣進行合成：根據(jù)模糊條件推理將各模糊關(guān)系子矩陣進行合成：根據(jù)模糊條件推理“若若A A則則B B否則否則C C”，“否則否則”就意味著取就意味著取“并并”，因此合成后的模糊關(guān)，因此合成后的模糊關(guān)系就是各模糊關(guān)系陣取系就是各模糊關(guān)系陣取“并并”，即，即R R= =R R11R R22R R3 3R Rn n

14、 c c）求）求A A B B d)d)控制輸出控制輸出C C=(=(A A B B) R R 所謂所謂模糊自動控制模糊自動控制就是就是以模糊集合論，模糊語言變量以模糊集合論，模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機數(shù)字控制及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機數(shù)字控制，是一，是一種種非線性控制非線性控制屬于智能控制的范疇。屬于智能控制的范疇。所以沒有模糊數(shù)學(xué)，就不會有模糊控制，沒有計算機，所以沒有模糊數(shù)學(xué)，就不會有模糊控制，沒有計算機，模糊控制也無法實現(xiàn)。模糊控制也無法實現(xiàn)。4-1 4-1 模糊控制系統(tǒng)組成模糊控制系統(tǒng)組成一、基本控制思想一、基本控制思想總結(jié)人的手動控制經(jīng)驗總結(jié)人的手動控制經(jīng)驗

15、，用語言加以描述形成控制規(guī)用語言加以描述形成控制規(guī)則，通過模糊推理與合成，求解控制輸出則，通過模糊推理與合成，求解控制輸出，并，并運用微運用微機給予程序?qū)崿F(xiàn)機給予程序?qū)崿F(xiàn)，達到控制達到控制對象的對象的目的目的。例如冶金企。例如冶金企業(yè)的加熱爐。業(yè)的加熱爐。1 1、模糊控制器、模糊控制器實際上就是帶模糊控制算法的計算機，可以使單板機，實際上就是帶模糊控制算法的計算機，可以使單板機，單片機，單片機，PLCPLC等。等。2 2、輸入、輸入/ /輸出接口輸出接口采數(shù)和送數(shù)裝置如采數(shù)和送數(shù)裝置如A/DA/D板、板、D/AD/A板等。板等。3 3、廣義對象、廣義對象 包括執(zhí)行機構(gòu)與被控對象。包括執(zhí)行機構(gòu)與

16、被控對象。 執(zhí)行器的作用是執(zhí)行控制輸出，改變被控對象參數(shù)，執(zhí)行器的作用是執(zhí)行控制輸出，改變被控對象參數(shù)，一般指熱工儀表的電子執(zhí)行器，調(diào)速系統(tǒng)的交流電機一般指熱工儀表的電子執(zhí)行器，調(diào)速系統(tǒng)的交流電機等驅(qū)動裝置；而被控對象則是指要控制的對象，可以等驅(qū)動裝置；而被控對象則是指要控制的對象，可以使工業(yè)爐窯，車床機床，航天系統(tǒng)等等。被控對象可使工業(yè)爐窯，車床機床，航天系統(tǒng)等等。被控對象可以是線性或非線性的，可以是定?；驎r變的，單變量以是線性或非線性的，可以是定?；驎r變的，單變量或多變量，有時滯或無時滯，但一般講，對象的特性或多變量，有時滯或無時滯，但一般講，對象的特性決定控制算法，所以要想有好的控制效果

17、，必須全面決定控制算法，所以要想有好的控制效果，必須全面了解對象特性，設(shè)計適合對象特點的控制算法。了解對象特性，設(shè)計適合對象特點的控制算法。 4 4、檢測變送單元、檢測變送單元 包括傳感器與變送器，作用是檢測被控參數(shù)，并將包括傳感器與變送器，作用是檢測被控參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出，以便計算機采集數(shù)據(jù)，其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出，以便計算機采集數(shù)據(jù)，如電阻爐溫度控制系統(tǒng)的溫度首先經(jīng)熱電阻或熱電如電阻爐溫度控制系統(tǒng)的溫度首先經(jīng)熱電阻或熱電偶將偶將TRTR或或mvmv，再經(jīng)溫度變送器將，再經(jīng)溫度變送器將R R或或mv4-20mAmv4-20mA或或15V15V電信號送給電信號送給A/DA/D板或

18、板或PLCPLC的的AIAI板進行數(shù)據(jù)采集，板進行數(shù)據(jù)采集，構(gòu)成反饋變量，同樣的其他被控量如壓力，流量，構(gòu)成反饋變量，同樣的其他被控量如壓力，流量，位移，濃度，溫度等也要經(jīng)過檢測與變換。位移，濃度，溫度等也要經(jīng)過檢測與變換。一、基本工作原理一、基本工作原理模糊控制的核心是模糊控制器，它有模糊化單元、模糊控制規(guī)模糊控制的核心是模糊控制器，它有模糊化單元、模糊控制規(guī)則庫、模糊推理、清晰化等環(huán)節(jié)組成。從對象來的信號經(jīng)檢測則庫、模糊推理、清晰化等環(huán)節(jié)組成。從對象來的信號經(jīng)檢測變送后送變送后送A/DA/D板經(jīng)采樣，存入計算機內(nèi)，計算機將此值與設(shè)定板經(jīng)采樣，存入計算機內(nèi)，計算機將此值與設(shè)定值值SPSP比較

19、后，得到模擬偏差比較后，得到模擬偏差e e，經(jīng)模糊化單元，將連續(xù)，經(jīng)模糊化單元，將連續(xù)e e變?yōu)槟Ｗ優(yōu)槟：疎 E，利用控制規(guī)則計算模糊關(guān)系矩陣，利用控制規(guī)則計算模糊關(guān)系矩陣R R，運用模糊推理求得，運用模糊推理求得模糊控制輸出模糊控制輸出U U，U=EU=E R R再通過清晰化處理變成連續(xù)輸出量再通過清晰化處理變成連續(xù)輸出量u u，從而對被控對象實施控，從而對被控對象實施控制。制。采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，計算輸入變量采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，計算輸入變量e e輸入變量模糊化為輸入變量模糊化為E E求取模糊關(guān)系求取模糊關(guān)系R R根據(jù)模糊推理，計算控制輸出根據(jù)模糊推理，計算控制輸出U=EU=E R R清晰化處理，

20、清晰化處理，UuUu例：某電阻爐用于對金屬零件的熱處理，工藝要求續(xù)例：某電阻爐用于對金屬零件的熱處理，工藝要求續(xù)保持爐溫保持爐溫600600恒定不變。由于爐溫受被處理零件的恒定不變。由于爐溫受被處理零件的多少，體積大小以及電網(wǎng)電壓波動等因素的影響，易多少，體積大小以及電網(wǎng)電壓波動等因素的影響，易產(chǎn)生波動，要求設(shè)計一個模糊自動控制系統(tǒng)取代手動產(chǎn)生波動，要求設(shè)計一個模糊自動控制系統(tǒng)取代手動控制。控制。手動控制時用可控硅調(diào)壓器控制電壓，通過手動調(diào)節(jié)手動控制時用可控硅調(diào)壓器控制電壓，通過手動調(diào)節(jié)電位器改變，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)電位器使控電位器改變，當(dāng)溫度低于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)電位器使控制電壓制電壓u

21、u增加增加交流電壓交流電壓u u增加增加發(fā)熱量增加發(fā)熱量增加溫度增溫度增加，反之則調(diào)節(jié)方向取反。加，反之則調(diào)節(jié)方向取反。人工操作經(jīng)驗：人工操作經(jīng)驗：若爐溫低于若爐溫低于600600，則升壓，低得越多升壓越高，則升壓，低得越多升壓越高若爐溫等于若爐溫等于600600，保持電壓不變，保持電壓不變?nèi)魻t溫高于若爐溫高于600600，則降壓，高得越多降壓越低，則降壓，高得越多降壓越低請根據(jù)以上已知條件設(shè)計模糊控制器。請根據(jù)以上已知條件設(shè)計模糊控制器。e=PV-SPe=PV-SP，輸入變量，輸入變量觸發(fā)電壓，輸出變量（控制量）觸發(fā)電壓，輸出變量（控制量） 2 2、入、入/ /出變量模糊語言描述出變量模糊語

22、言描述即確定入即確定入/ /出變量語言值的模糊子集出變量語言值的模糊子集T(x)T(x) 負(fù)大，負(fù)小，負(fù)大，負(fù)小，0 0，正小，正大，正小，正大 ，符號：符號：NB,NS,0,PS,PB NB,NS,0,PS,PB 3 3、定義論域、定義論域設(shè)連續(xù)設(shè)連續(xù)e=-6,+6e=-6,+6，模糊論域，模糊論域E=-3,-2,-E=-3,-2,-1,0,1,2,31,0,1,2,3u=0,5Vu=0,5V，模糊論域，模糊論域U=-3,-2,-1,0,1,2,3U=-3,-2,-1,0,1,2,3，需指出需指出論域元素的多少由工藝要求控制精度的高低而定論域元素的多少由工藝要求控制精度的高低而定。 (1)

23、(1) 若若e e負(fù)大，則負(fù)大，則u u正大，正大，if e=NB then U=PBif e=NB then U=PB(2) (2) 若若e e負(fù)小，則負(fù)小，則u u正小，正小，if e=NS then U=PSif e=NS then U=PS(3) (3) 若若e e為零，則為零，則u u為零，為零，if e=0 then U=0if e=0 then U=0(4) (4) 若若e e正小，則正小，則u u負(fù)小，負(fù)小，if e=PS then U=NSif e=PS then U=NS(5) (5) 若若e e正大，則正大，則u u負(fù)大，負(fù)大，if e=PB then U=NBif e=

24、PB then U=NB5 5、定義語義規(guī)則、定義語義規(guī)則即確定各模糊子集的在各量化檔次的隸屬函數(shù)值。即確定各模糊子集的在各量化檔次的隸屬函數(shù)值。模糊變量模糊變量(E,U)(E,U)賦值表賦值表R R=(NBe=(NBePBu)(NSePBu)(NSePSu)(0ePSu)(0e0u)(PSe0u)(PSeNSu)NSu)(PBe(PBeNBu)NBu)000000000000000000000000000000000005 . 05 . 00000015 . 000000) 15 . 000000()000005 . 01 ()(1TPBuNBeR同理可求同理可求R R2 2/R/R3 3/

25、R/R4 4/R/R5 5000005 . 0100005 . 05 . 05 . 0005 . 05 . 015 . 00005 . 015 . 00005 . 015 . 05 . 0005 . 05 . 05 . 0000015 . 000000543211RRRRRR 7 7、模糊決策、模糊決策根據(jù)輸入的控制量根據(jù)輸入的控制量E E與求得的模糊關(guān)系矩陣求控制輸出與求得的模糊關(guān)系矩陣求控制輸出U U：U=EU=E R R，事實上是根據(jù)實際輸入求出該輸入所對應(yīng)，事實上是根據(jù)實際輸入求出該輸入所對應(yīng)的模糊量化檔次，如的模糊量化檔次，如E=-3,-2,-1,0,1,2,3E=-3,-2,-1,

26、0,1,2,3，然后再按，然后再按最大隸屬度將對應(yīng)檔次的元素取最大隸屬度將對應(yīng)檔次的元素取1 1，其余取，其余取0 0，就得到，就得到輸入的一個行向量，用此行向量與輸入的一個行向量，用此行向量與R R合成，就可求得該合成，就可求得該輸入檔次所對應(yīng)的輸出。如當(dāng)輸入檔次所對應(yīng)的輸出。如當(dāng)e e的量化為的量化為-3-3時，對應(yīng)的時，對應(yīng)的模糊輸入模糊輸入 E E-3-3=(1,0,0,0,0,0,0)=(1,0,0,0,0,0,0)E E-2-2=(0,1,0,0,0,0,0)=(0,1,0,0,0,0,0)E E3 3=(0,0,0,0,0,0,1)=(0,0,0,0,0,0,1)由此可求由此可求

27、-3,-2, -1,0,1,2,3-3,-2, -1,0,1,2,3對應(yīng)的輸出對應(yīng)的輸出U U-3-3=(1,0,0,0,0,0,0) =(1,0,0,0,0,0,0) R R=(0,0,0,0,0,0.5,1)=3=(0,0,0,0,0,0.5,1)=3U U-2-2=(0,1,0,0,0,0,0) =(0,1,0,0,0,0,0) R R=(0,0,0,0,0.5,0.5,0.5)=2=(0,0,0,0,0.5,0.5,0.5)=2U U3 3=-3=-3控制表控制表則則U=-3U=-3，u=0u=0，U=-2U=-2，u=5/6 V u=5/6 V ，U=-1U=-1，u=5/3 u=5

28、/3 V V， U=0U=0，u=5/2 Vu=5/2 V， U=1U=1，u=10/3 Vu=10/3 V， U=2U=2，u=25/6 Vu=25/6 V，U=3U=3，u=5 Vu=5 V這樣就可控制對象。這樣就可控制對象。)3(6561565UUu上節(jié)講了單入單出模糊控制器的設(shè)計，那么，上節(jié)講了單入單出模糊控制器的設(shè)計，那么，多入單多入單出模糊控制器如何設(shè)計？如何將連續(xù)輸入模糊化？如出模糊控制器如何設(shè)計？如何將連續(xù)輸入模糊化？如何將模糊輸出清晰化？如何確定語言變量的隸屬函數(shù)？何將模糊輸出清晰化？如何確定語言變量的隸屬函數(shù)？本次課將以加熱爐控制為例，介紹雙入單出模糊控制本次課將以加熱爐控

29、制為例，介紹雙入單出模糊控制器的設(shè)計方法。器的設(shè)計方法。例：某企業(yè)有一三段式加熱爐用于加熱鋼坯，它以煤例：某企業(yè)有一三段式加熱爐用于加熱鋼坯，它以煤氣為燃料，并配以助燃風(fēng)，通過煤氣燃燒達到對鋼坯氣為燃料，并配以助燃風(fēng)，通過煤氣燃燒達到對鋼坯的加熱目的，該爐原采用平動控制，白班控制效果尚的加熱目的，該爐原采用平動控制，白班控制效果尚可，但夜班效果較差，影響軋鋼產(chǎn)量和質(zhì)量。今對爐可，但夜班效果較差，影響軋鋼產(chǎn)量和質(zhì)量。今對爐子進行改造，要求設(shè)計以加熱爐計算機自動控制系統(tǒng)子進行改造，要求設(shè)計以加熱爐計算機自動控制系統(tǒng)取代手動控制。工藝要求：取代手動控制。工藝要求： 預(yù)熱段爐溫：預(yù)熱段爐溫：80080

30、01010加熱段爐溫：加熱段爐溫：1001001010均熱段爐溫：均熱段爐溫：120012001010系統(tǒng)系統(tǒng)I/OI/O點數(shù)：點數(shù)：AI32AI32點，點，AO6AO6點點工藝流程圖如下：工藝流程圖如下：據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，抗干擾能力強據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，抗干擾能力強檢測點數(shù)多，速度要快檢測點數(shù)多，速度要快要求實現(xiàn)多回路控制，性能要好要求實現(xiàn)多回路控制，性能要好考慮投資，成本要低考慮投資，成本要低v基于以上考慮，采用基于以上考慮，采用DDCDDC控制，選研華工業(yè)控制計控制，選研華工業(yè)控制計算機及模板。算機及模板。3232點點AIAI，8 8入入PCL-711B 4PCL-711B 4塊塊6 6點點AOAO，

31、4 4出出PCL-726 2PCL-726 2塊塊以加熱爐為例，采用串級比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，溫度調(diào)節(jié)采以加熱爐為例，采用串級比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，溫度調(diào)節(jié)采用雙入單出模糊控制，煤氣、空氣采用用雙入單出模糊控制，煤氣、空氣采用PIDPID控制，控控制，控制結(jié)構(gòu)圖如下：制結(jié)構(gòu)圖如下：煤氣調(diào)節(jié)，空氣調(diào)節(jié)采用煤氣調(diào)節(jié)，空氣調(diào)節(jié)采用PIDPID模式，控制編程簡模式，控制編程簡單，不作介紹。重點介紹溫度調(diào)節(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。單，不作介紹。重點介紹溫度調(diào)節(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)?？紤]到控制精度要求較高，模糊控制采用偏差、偏差考慮到控制精度要求較高，模糊控制采用偏差、偏差變化率雙輸入模式。變化率雙輸入模式。三、控制器算法設(shè)計三、控制器算法設(shè)

32、計1 1、確定入、確定入/ /出變量出變量e=PV-SP e=PV-SP 入入 -1000, 30-1000, 30e= ee= en n- e- en-1n-1 入入 -2, 2 -2, 2 采樣時間為采樣時間為5 5秒秒u u 出出 0, 50, 52 2、定義入、定義入/ /出變量的模糊子集出變量的模糊子集E=NB,NM,NS,0,PS,PM,PBE=NB,NM,NS,0,PS,PM,PBU= NB,NM,NS,0,PS,PM,PBU= NB,NM,NS,0,PS,PM,PBCE= NB,NM,NS,0,PS,PM,PBCE= NB,NM,NS,0,PS,PM,PB3 3、定義論域、定義

33、論域物理量論域：物理量論域：e=-12,+12e=-12,+12e=-1.2,+1.2e=-1.2,+1.2u=0,5u=0,5模糊論域：模糊論域：e e= =e e=-6,-5,=-6,-5,0,1,0,1,6,6，U=-7,-U=-7,-6,6,0,1,0,1,7,74 4、輸入量的模糊化、輸入量的模糊化當(dāng)當(dāng)|e|12|e|12，| |e|1.2e|1.2時，進入模糊控制模式，那么如何將時，進入模糊控制模式，那么如何將連續(xù)連續(xù)e e，e e量化為模糊量化為模糊E E，CECE對應(yīng)的檔次呢？下面給出一個通用對應(yīng)的檔次呢？下面給出一個通用的模糊方法：的模糊方法：設(shè)物理論域設(shè)物理論域a,ba,b

34、，模糊論域，模糊論域m,nm,n，對任一連續(xù)輸入，對任一連續(xù)輸入x x，模糊后的，模糊后的檔次檔次y y為：為：對于對于eee e：a=-12, b=12, m=-6, n=6a=-12, b=12, m=-6, n=6e=e=e e/2 /2 當(dāng)當(dāng)E E為小數(shù)時，按四舍五入取整。為小數(shù)時，按四舍五入取整。如如e=8e=8，則，則e e= 4= 4，e=11e=11，則，則e e=5.5=5.5，INT(INT(e e)=6)=6取取E=6E=6，e=2.2e=2.2，則，則e e=-1.1=-1.1，取，取e e=-1=-1同樣對于同樣對于eee e有：有：a=-1.2, b=1.2, m=

35、 -6, n=6a=-1.2, b=1.2, m= -6, n=6e e =5 =5e e 當(dāng)當(dāng)e =0.4e =0.4時，時，e e =2 =2，e =0.68e =0.68，則，則e e =3.4 =3.4，取，取e e =3 =3這樣，對任意的這樣，對任意的e e，e e均能計算出量化檔次。均能計算出量化檔次。abnambxabmny5 5定義各模糊子集隸屬函數(shù)定義各模糊子集隸屬函數(shù)一般按正態(tài)分布取隸屬函數(shù)值。如一般按正態(tài)分布取隸屬函數(shù)值。如PSPS, , PMPM, , PBPB6 6建立模糊控制規(guī)則表建立模糊控制規(guī)則表根據(jù)根據(jù)E E、CECE的語言值，求解控制輸出的語言值，求解控制輸

36、出U U的語言值，從而建立一個表格的語言值，從而建立一個表格e=PV-SP e0e=PV-SP e0，高于設(shè)定，高于設(shè)定，e0e0e0，升溫速率，升溫速率，e0e0，降溫速率，降溫速率如當(dāng)如當(dāng)e=NBe=NB（低于設(shè)定值很多低于設(shè)定值很多），），e=0(e=0(不升溫不升溫），），U=PBU=PB，閥位全開閥位全開e=0e=0（接近設(shè)定值接近設(shè)定值），），e=0e=0（基本不升溫基本不升溫），），U=0U=0，閥位開閥位開一半一半，吸熱放熱相等，吸熱放熱相等 e=PMe=PM，U=0U=0當(dāng)當(dāng)e=PBe=PB，e=PMe=PM，U=NBU=NB，閥位全關(guān)閥位全關(guān)減少煤氣，降低升溫速率。減少煤氣，降低升溫速率。這樣，通過經(jīng)驗和理論分析，便可建立控制規(guī)則表。這樣，通過經(jīng)驗和理論分析，便可建立控制規(guī)則表。7 7控制規(guī)則的語言表達控制規(guī)則的語言表達if E=NB or NM and EC=NB or NM then U=PBif E=NB or NM and EC=NB or NM then U=PBif E=NB or NM and EC=NS or 0 then U=PBif E=NB or NM and EC=NS o