機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、機(jī)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)設(shè)計(jì)第一節(jié) 概述第二節(jié) 被控對(duì)象(duxing)模型的建立第三節(jié) 微機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)第四節(jié) 數(shù)字控制器設(shè)計(jì)第五節(jié) 模糊控制技術(shù)簡(jiǎn)介第六節(jié) 微機(jī)控制裝置設(shè)計(jì)共一百五十二頁(yè)第一節(jié) 概述(i sh)功能：實(shí)現(xiàn)(shxin)控制與信息處理功能；協(xié)調(diào)其他內(nèi)部功能的實(shí)現(xiàn)(shxin)。基本構(gòu)成：具體系統(tǒng)構(gòu)成因?qū)ο蠹耙蠖?，基本?gòu)成如圖6-1。分類：各種分類方法，如按系統(tǒng)輸出的變化規(guī)律、所處理的信號(hào)形式等。共一百五十二頁(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法采用機(jī)電一體化技術(shù)與方法；將控制對(duì)象與控制裝置、控制算法一起作為設(shè)計(jì)內(nèi)容統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，合理匹配；將各環(huán)節(jié)抽象成數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析和研究?？刂?/p>

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟列寫設(shè)計(jì)大綱建立被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型控制方案選擇(xunz)控制系統(tǒng)性能分析控制系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)擬定現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試大綱整理并編寫技術(shù)文件共一百五十二頁(yè)第二節(jié) 被控(bi kn)對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立數(shù)學(xué)模型的類型在建立對(duì)象模型時(shí)，需進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，用已知的數(shù)學(xué)方法近似地描述和求解這些對(duì)象。常見的數(shù)學(xué)模型有：分布參數(shù)/集中(jzhng)參數(shù)隨機(jī)性/確定性非線性/線性參數(shù)時(shí)變/參數(shù)時(shí)不變連續(xù)時(shí)間/離散時(shí)間動(dòng)態(tài)/靜態(tài)參數(shù)/非參數(shù)共一百五十二頁(yè)建立數(shù)學(xué)模型的步驟和方法選擇模型類型用于控制動(dòng)態(tài)模型用于系統(tǒng)優(yōu)化和性能分析靜態(tài)模型計(jì)算機(jī)控制離散時(shí)間模型工程上集中參數(shù)、確定性、線性時(shí)不變模型確定建模方法分析法機(jī)

3、理模型：按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理和相互作用關(guān)系(gun x)建立起來(lái)的，以方程式或方程組表達(dá)的整個(gè)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。實(shí)驗(yàn)法辨識(shí)模型：采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法建立起來(lái)的與所測(cè)系統(tǒng)等效的數(shù)學(xué)模型。確定模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)機(jī)理模型：機(jī)理分析；數(shù)學(xué)表達(dá)；適當(dāng)簡(jiǎn)化；解析求解或計(jì)算機(jī)仿真分析或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證；確定結(jié)構(gòu)和參數(shù)。辨識(shí)模型：按類比或經(jīng)驗(yàn)初定模型結(jié)構(gòu)；選擇實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試；按實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。共一百五十二頁(yè)被控對(duì)象模型的辨識(shí)時(shí)域法采用階躍或矩形脈沖信號(hào)作為實(shí)驗(yàn)信號(hào)，施加到對(duì)象輸入端進(jìn)行(jnxng)激勵(lì)，同時(shí)在輸出端測(cè)量對(duì)象的響應(yīng)，然后根據(jù)響應(yīng)曲線確定對(duì)象的傳遞函數(shù)。線性系統(tǒng)條件下，被控對(duì)象的脈沖響應(yīng)可以

4、看作是對(duì)兩個(gè)階躍信號(hào)響應(yīng)的疊加。共一百五十二頁(yè)多階慣性對(duì)象(duxing)模型的辨識(shí)時(shí)間常數(shù)(sh jin chn sh)；n階次；K增益。對(duì)階躍輸入信號(hào)的輸出響應(yīng)：趨于穩(wěn)態(tài)值y()過渡段呈“S”狀共一百五十二頁(yè)拐點(diǎn)處的輸出響應(yīng)值y(tQ)和輸出響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值y()之比稱為(chn wi)階躍響應(yīng)曲線的相對(duì)拐點(diǎn)值?；趯?shí)測(cè)曲線和上述分析(fnx)，可得多階慣性對(duì)象傳遞函數(shù)中各參數(shù)的值：階躍信號(hào)幅值共一百五十二頁(yè)具有純滯后的慣性(gunxng)對(duì)象模型的辨識(shí)共一百五十二頁(yè)當(dāng)t時(shí)，y(t- )與y(t)的曲線形狀相同，可直接從曲線上量取純滯后時(shí)間，然后將時(shí)間坐標(biāo)移動(dòng)，即用tQ- 代替tQ ，用與多階

5、慣性對(duì)象(duxing)相同的方法確定K，n和。對(duì)于(duy)具有純滯后環(huán)節(jié)的一階對(duì)象，過曲線拐點(diǎn)A做切線交時(shí)間軸上B點(diǎn)，則 =tB從曲線上量取y(tC)=0.632y()的點(diǎn)C，則 =tC- 由圖可見，具有純滯后的一階慣性對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線與n2的多階慣性對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線很相似。因此，在一定條件下，如階躍響應(yīng)曲線的起始變化速度不是很慢，可將二階或三階慣性對(duì)象用具有純滯后的一階慣性對(duì)象來(lái)近似。共一百五十二頁(yè)含積分(jfn)環(huán)節(jié)的慣性對(duì)象模型的辨識(shí)a和分別是積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)；是純滯后(zh hu)時(shí)間。共一百五十二頁(yè)實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)注意的問題在施加階躍信號(hào)之前，被控對(duì)象的工況必須穩(wěn)定；

6、在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)避免有其他擾動(dòng)產(chǎn)生而影響測(cè)試結(jié)果。試驗(yàn)信號(hào)幅度大小適當(dāng)，以免信噪比過小，或者使非線性因素的影響增大。實(shí)驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行到對(duì)象的輸出接近于穩(wěn)定值之后。實(shí)驗(yàn)應(yīng)在每一工況下重復(fù)幾次，至少應(yīng)得到兩條基本相同的響應(yīng)曲線，以消除偶然干擾因素的影響。脈沖試驗(yàn)信號(hào)的寬度不僅要考慮對(duì)象的滯后和慣性，還要考慮被控參數(shù)有足夠(zgu)的變化幅度。脈沖試驗(yàn)信號(hào)結(jié)束后，必須完全回復(fù)到起始值，否則會(huì)引起很大誤差。共一百五十二頁(yè)頻率法采用正弦波信號(hào)對(duì)被控(bi kn)對(duì)象進(jìn)行激勵(lì)，并在其輸出端測(cè)取頻率響應(yīng)特性，然后依據(jù)頻率響應(yīng)特性確定對(duì)象的傳遞函數(shù)。相關(guān)器對(duì)y(t)進(jìn)行檢測(cè)，并將其與sint、cost分別相乘、積分

7、，再求平均。共一百五十二頁(yè)對(duì)象的實(shí)頻和虛頻特性(txng)分別為：對(duì)象(duxing)的幅頻和相頻特性分別為：共一百五十二頁(yè)記錄頻響特性數(shù)據(jù)，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪出對(duì)數(shù)幅頻和相頻特性曲線（波德圖），然后按下述方法確定對(duì)象模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)：用水平線或20dB/dec（分貝/十倍頻程）整數(shù)倍斜率的直線段來(lái)包絡(luò)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線，按所構(gòu)成的折點(diǎn)數(shù)量及轉(zhuǎn)折方向，參考表6-2確定模型的基本結(jié)構(gòu)及參數(shù)。按所確定的模型基本結(jié)構(gòu)及參數(shù)繪制對(duì)數(shù)相頻特性，與實(shí)測(cè)(sh c)的對(duì)數(shù)相頻特性相比較，若差別較大，說明對(duì)象中存在純滯后因素，純滯后時(shí)間可利用對(duì)應(yīng)于某一較高頻率K的相位差K按下式求得：將按表6-2所確定的傳遞函數(shù)再

8、串上一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)，即得對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)例題(lt)：作曲線A的近似(jn s)漸進(jìn)折線B，對(duì)照表6-2，知該對(duì)象傳遞函數(shù)形式為：由圖量得：按表6-2求得：對(duì)數(shù)幅頻對(duì)數(shù)相頻共一百五十二頁(yè)按G(s)求出相頻特性并畫出對(duì)數(shù)相頻特性曲線D，其與實(shí)測(cè)對(duì)數(shù)相頻特性曲線C相差較大，說明對(duì)象中存在純滯后(zh hu)環(huán)節(jié)。選K=10 rad/s，在曲線上量得K=115，則最后得對(duì)象傳遞函數(shù)為：共一百五十二頁(yè)統(tǒng)計(jì)法采用(ciyng)隨機(jī)信號(hào)x(t)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行激勵(lì)，并在輸出端測(cè)取輸出響應(yīng)y(t)，然后根據(jù)x(t)與y(t)的相關(guān)性求出互相關(guān)函數(shù)Rxy()及對(duì)象的脈沖響應(yīng)函數(shù)g(t

9、)，最后再由g(t)求得對(duì)象的傳遞函數(shù)。隨機(jī)信號(hào)主要有白噪聲信號(hào)和偽隨機(jī)信號(hào)兩種：白噪聲：譜密度函數(shù)為恒值、周期為無(wú)限長(zhǎng)的隨機(jī)信號(hào)。偽隨機(jī)：自相關(guān)函數(shù)與白噪聲的相同，但具有有限周期T的信號(hào)。采用白噪聲信號(hào)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)需要較長(zhǎng)時(shí)間；目前多采用偽隨機(jī)信號(hào)作為試驗(yàn)信號(hào)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間短，信息處理簡(jiǎn)單，測(cè)試誤差小。共一百五十二頁(yè)最簡(jiǎn)單、常用的偽隨機(jī)信號(hào)是二位(r wi)式序列。二位序列發(fā)生器原理圖。四個(gè)D觸發(fā)器組成(z chn)的四級(jí)移位寄存器初始狀態(tài)為1111末級(jí)輸出異或門周期長(zhǎng)度：N=24-1=15稱最大長(zhǎng)度序列或M序列共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)以M序列作為試驗(yàn)(shyn)信號(hào)，并取其周期T大于對(duì)象的脈沖

10、響應(yīng)持續(xù)時(shí)間，則有設(shè)實(shí)驗(yàn)(shyn)得到的輸入輸出離散時(shí)間序列為xi、yi，則互相關(guān)函數(shù)表達(dá)式可改寫成在Rxy()求出之后同時(shí)也得到了對(duì)象的脈沖響應(yīng)函數(shù)g(t) ，將g(t)轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)函數(shù)并繪出曲線，可進(jìn)一步求出對(duì)象的傳遞函數(shù)。此外，也可直接由g(t)求得對(duì)象的z傳遞函數(shù)。共一百五十二頁(yè)采用M序列偽隨機(jī)信號(hào)辨識(shí)(bin sh)對(duì)象模型時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)實(shí)際問題：對(duì)被控對(duì)象的特性預(yù)先要進(jìn)行粗略估計(jì)，最好先作一次階躍試驗(yàn)，了解其過渡過程時(shí)間、截止頻率、非線性程度等；M序列的周期必須大于對(duì)象的脈沖響應(yīng)過渡過程時(shí)間；M序列的一個(gè)基本電平時(shí)間t必須大于對(duì)象截止頻率對(duì)應(yīng)的周期Tc，一般取t=(25)

11、Tc；基本電平幅值的大小應(yīng)保證對(duì)象輸出端有可靠的響應(yīng)，又不致引起大的非線性；為保證辨識(shí)模型的精度，應(yīng)連續(xù)進(jìn)行幾個(gè)周期的實(shí)驗(yàn)，并取其中數(shù)值較接近的幾個(gè)周期測(cè)量值進(jìn)行均化處理。共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)第三節(jié) 微機(jī)(wi j)控制技術(shù)基礎(chǔ)微機(jī)控制系統(tǒng)組成及特點(diǎn)硬件+軟件（系統(tǒng)軟件(x tn run jin)+應(yīng)用軟件）離散控制系統(tǒng)共一百五十二頁(yè)完善的輸入輸出通道（A、D，INPUT、OUTPUT）實(shí)時(shí)控制功能（中斷系統(tǒng)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等）可靠性高，環(huán)境(hunjng)適應(yīng)性強(qiáng)豐富、完善、實(shí)用的控制軟件系統(tǒng)共一百五十二頁(yè)二、z變換(binhun)連續(xù)控制系統(tǒng)信號(hào)傳遞和處理(chl)：模擬信號(hào)數(shù)學(xué)模型：拉

12、氏傳遞函數(shù)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)工具：拉氏變換微機(jī)控制系統(tǒng)信號(hào)傳遞和處理：數(shù)字信號(hào)數(shù)學(xué)模型：脈沖傳遞函數(shù)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)工具： z變換共一百五十二頁(yè)（一）z變換(binhun)的意義通過采樣，將連續(xù)信號(hào)f(t)變成離散的脈沖(michng)信號(hào)f*(t)。若采樣時(shí)間足夠小，則有共一百五十二頁(yè)連續(xù)(linx)信號(hào)f(t)的z變換就定義為采樣信號(hào)f*(t)的z變換，即可見，連續(xù)信號(hào)f(t)的z變換實(shí)質(zhì)上就是離散(lsn)信號(hào)f*(t)的拉氏變換，只不過在f*(t)的拉氏變換式中采用了z=esT的代換。按照z變換的定義，連續(xù)信號(hào)f(t)的z變換F(z) 可通過下述步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：以周期T對(duì)f(t)采樣，得到f*(

13、t)。對(duì)f*(t)進(jìn)行拉氏變換，得到F*(s)。將 F*(s)中所包含的esT因子用z代換，則得到f(t)的z變換F(z)。連續(xù)信號(hào)f(t)取z變換后，只能表征該信號(hào)在各采樣時(shí)刻kT上的特性（信息），而不能反映該信號(hào)在各采樣時(shí)刻之間的特性，即f(t)的z變換只和采樣信號(hào)f*(t)有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。共一百五十二頁(yè)z變換與拉氏變換一樣，也可以求反變換。通過z反變換，可以由F(z)得到f*(t)，但卻不能直接得出f(t)。由f*(t)經(jīng)過保持器后能否恢復(fù)原信號(hào)f(t)，取決于在z變換過程中，香儂采樣(ci yn)定理是否得到了滿足。共一百五十二頁(yè)（二）連續(xù)信號(hào)的z變換(binhun)方法從連續(xù)時(shí)間(

14、shjin)信號(hào)求z變換定義法查表法例6-2：采用定義法求單位階躍信號(hào)1(t)的z變換。共一百五十二頁(yè)例6-3：求下列(xili)信號(hào)的z變換共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)例6-4：試?yán)?lyng)z變換表求正弦函數(shù)x(t)=sint的z變換，假定當(dāng)t-1 ，連續(xù)系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。連續(xù)系統(tǒng)離散(lsn)化后，其等效離散(lsn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性不如原來(lái)連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。離散系統(tǒng)的采樣器只在各采樣時(shí)刻才使系統(tǒng)的反饋接通，因此系統(tǒng)穩(wěn)定性受到影響。采樣周期越小，離散系統(tǒng)穩(wěn)定性越好，越接近連續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)的速度提出過高要求。增益越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性越差。共一百五十二頁(yè)第四節(jié) 數(shù)字(shz)控制器

15、設(shè)計(jì)一、PID數(shù)字控制器設(shè)計(jì)（一） PID控制的概念及特點(diǎn)PID控制器是按照比例積分(jfn)微分控制規(guī)律設(shè)計(jì)的控制器。PID控制器對(duì)慣性及滯后對(duì)象是一種比較理想的控制器，在工業(yè)過程和設(shè)備自動(dòng)化中應(yīng)用廣泛。P、I、D三種控制規(guī)律可以單獨(dú)應(yīng)用，也可以組合起來(lái)應(yīng)用。比例控制：主要用于加強(qiáng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用；提高增益可減小穩(wěn)態(tài)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。比例積分控制：既可保證系統(tǒng)快速響應(yīng)性，又可消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性得到改善，但對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性無(wú)改善。比例微分控制：縮短動(dòng)態(tài)響應(yīng)過渡過程，使系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)精度都得到提高；對(duì)具有較大容量滯后的系統(tǒng)具有顯著的控制效果，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。比例微分積

16、分控制：兼有三種控制規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，可使系統(tǒng)穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能均得到改善。共一百五十二頁(yè)（二）PID數(shù)字(shz)控制器的基本結(jié)構(gòu)及算法共一百五十二頁(yè)上式求出的c(n)是控制量的絕對(duì)大小，故稱上式為PID位置控制算式。實(shí)際的PID數(shù)字控制器常采用增量(zn lin)式PID算法。共一百五十二頁(yè)（三）幾種特殊(tsh)PID數(shù)字控制器積分分離式PID數(shù)字控制器適用于被控對(duì)象不允許有過大超調(diào)的場(chǎng)合。基本思想：給定最大允許偏差E0，當(dāng)|e(n) |E0時(shí)，采用PID控制；而當(dāng)|e(n)|E0時(shí)，則去掉積分作用，采用PD控制，以減小系統(tǒng)超調(diào)量。PD控制算法具有(jyu)與PID控制算法相同的形式，

17、但需去掉帶有積分常數(shù)i的項(xiàng)（ i =）。共一百五十二頁(yè)帶死區(qū)的PID數(shù)字控制器適用于被控對(duì)象比較穩(wěn)定的控制系統(tǒng)?；驹恚航o定誤差死區(qū)寬度E0，當(dāng)|e(n) |E0時(shí)，取e(n)=0，輸出控制量c(n)=0；當(dāng)|e(n) |E0時(shí)，按PID算法(sun f)確定控制量c(n) 。當(dāng)誤差較小時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動(dòng)作；誤差較大時(shí)，按PID規(guī)律對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。共一百五十二頁(yè)（四）PID數(shù)字(shz)控制器的參數(shù)整定參數(shù)整定是設(shè)計(jì)PID數(shù)字控制器的關(guān)鍵。兩大類整定方法：理論計(jì)算法：參數(shù)作用直觀，機(jī)理清楚，易于優(yōu)化，但難于獲得精確結(jié)果，適用于基本(jbn)設(shè)計(jì)階段和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與仿真。工程整定法：以試驗(yàn)

18、為基礎(chǔ)，不依賴對(duì)象數(shù)學(xué)模型，簡(jiǎn)便易行，適用于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。兩種常用的工程整定法：過渡過程響應(yīng)法臨界穩(wěn)定測(cè)量法共一百五十二頁(yè)過渡過程(guchng)響應(yīng)法對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)，若對(duì)象階躍響應(yīng)如圖6-23所示，則PID參數(shù)可按表6-7確定。共一百五十二頁(yè)臨界穩(wěn)定測(cè)量法（又稱臨界比例度法）選定足夠短的采樣周期；取i =， d =0，對(duì)被控對(duì)象施加比例控制；逐漸加大增益K，使對(duì)象出現(xiàn)等幅臨界振蕩；測(cè)量并記錄(jl)臨界增益Kpmax和振蕩周期Tp；按表6-8確定PID控制器參數(shù)。共一百五十二頁(yè)（五）采樣(ci yn)周期的選擇采樣周期過大系統(tǒng)穩(wěn)定性降低；不滿足采樣定理而丟失信息；控制質(zhì)量變差。采樣周期過

19、小增加計(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)，對(duì)控制質(zhì)量提高效果不一定明顯。選擇(xunz)原則：當(dāng)系統(tǒng)給定值變化頻率較高時(shí)，采樣頻率也應(yīng)取高，使給定值的變化得到迅速響應(yīng)。當(dāng)被控對(duì)象變化緩慢時(shí)（如熱工、化工過程），采樣周期可取大；當(dāng)被控對(duì)象是快速系統(tǒng)時(shí)，采樣周期應(yīng)取小。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)慣性較大時(shí)，采樣周期可取大。當(dāng)系統(tǒng)中控制回路較多時(shí)，考慮到控制程序的執(zhí)行時(shí)間，采樣周期可取大。共一百五十二頁(yè)（六）設(shè)計(jì)(shj)PID數(shù)字控制器應(yīng)注意的問題PID數(shù)字控制器的控制質(zhì)量一般不如PID模擬控制器，因?yàn)椋耗M，連續(xù)控制，控制作用時(shí)刻都在；數(shù)字，離散控制，控制量在采樣周期內(nèi)不變化；計(jì)算機(jī)控制需要時(shí)間，控制作用滯后；有限字長(zhǎng)，A/D、D/A

20、轉(zhuǎn)換精度引起控制誤差。單純用數(shù)字PID模仿模擬PID，并不能獲得理想的控制效果(xiogu)。注意發(fā)揮計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)，用數(shù)字控制器實(shí)現(xiàn)模擬控制器不能實(shí)現(xiàn)的特殊控制規(guī)律，獲得良好的綜合控制功能。共一百五十二頁(yè)（七）按二階工程設(shè)計(jì)(shj)法設(shè)計(jì)(shj)數(shù)字PID按二階工程設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)數(shù)字PID就是要通過PID控制器的校正作用(zuyng)，將系統(tǒng)校正成理想二階系統(tǒng)形式。共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)二、史密斯數(shù)字(shz)控制器設(shè)計(jì)針對(duì)具有較大(jio d)純滯后的對(duì)象，史密斯控制器具有良好的效果?；驹恚簩⒖刂破鞯囊徊糠峙c對(duì)象并聯(lián)，補(bǔ)償純滯后環(huán)節(jié)的影響，另一部分按常規(guī)控制器設(shè)計(jì)。對(duì)象PID控制器

21、補(bǔ)償純之后環(huán)節(jié)的控制器共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)史密斯預(yù)估器共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)為了方便(fngbin)設(shè)計(jì)，將PID數(shù)字控制器與史密斯預(yù)估器分開進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后再按圖6-26進(jìn)行綜合。將史密斯預(yù)估器改畫成如圖6-27所示，則共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)三、大林?jǐn)?shù)字(shz)控制器設(shè)計(jì)適用于具有純滯后的被控(bi kn)對(duì)象?；驹恚和ㄟ^控制器D(z)的作用，使閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)與一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)，并使閉環(huán)系統(tǒng)與被控對(duì)象具有同樣的純滯后時(shí)間，即：共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)四、最少拍無(wú)差跟蹤(gnzng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）最少拍無(wú)

22、差跟蹤控制系統(tǒng)原理能在最少幾個(gè)采樣周期（拍）內(nèi)達(dá)到在采樣時(shí)刻輸出與輸入之間無(wú)偏差(pinch)的控制系統(tǒng)。滿足快速性（最少拍）和準(zhǔn)確性（無(wú)差）兩方面要求。共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)1. 輸入(shr)信號(hào)為單位階躍信號(hào)時(shí)共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)2. 輸入信號(hào)為單位(dnwi)速度信號(hào)共一百五十二頁(yè)2. 輸入(shr)信號(hào)為單位加速度信號(hào)共一百五十二頁(yè)在最少拍無(wú)差控制系統(tǒng)的閉環(huán)z傳遞函數(shù)W(z)確定之后，可根據(jù)被控對(duì)象(duxing)的z傳遞函數(shù)GhG0(z)，按下式確定最少拍無(wú)差數(shù)字控制器D(z)：共一百五十二頁(yè)（二）最少拍無(wú)差控制系統(tǒng)(kn zh x tn)對(duì)典型輸入信號(hào)的適應(yīng)性最少拍

23、無(wú)差控制系統(tǒng)(kn zh x tn)對(duì)不同輸入信號(hào)的適應(yīng)性較差。針對(duì)單位速度輸入信號(hào)設(shè)計(jì)的最少拍無(wú)差控制系統(tǒng)，對(duì)單位階躍輸入信號(hào)的輸出響應(yīng)有較大超調(diào)，對(duì)單位加速度輸入信號(hào)的輸出響應(yīng)存在穩(wěn)態(tài)誤差。當(dāng)系統(tǒng)中可能有幾種典型輸入時(shí)，可采取控制器D(z)換接法：根據(jù)實(shí)際工況切換不同的控制器。最小均方誤差設(shè)計(jì)法：按使系統(tǒng)輸出響應(yīng)的誤差平方和最小原則設(shè)計(jì)。共一百五十二頁(yè)（三）考慮實(shí)際對(duì)象特性(txng)的最少拍無(wú)差控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)廣義對(duì)象GhG0(z)不存在單位圓周上或圓周外的零、極點(diǎn)時(shí)，前面設(shè)計(jì)的最少拍無(wú)差控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的。否則，系統(tǒng)可能不穩(wěn)定，需要對(duì)前面的控制器模型進(jìn)行適當(dāng)修正。最少拍無(wú)差控制系統(tǒng)僅僅在各

24、采樣時(shí)刻保證系統(tǒng)輸出(shch)的穩(wěn)態(tài)誤差為零，但不能保證在各采樣時(shí)刻之間的穩(wěn)態(tài)誤差都為零。共一百五十二頁(yè)五、快速(kui s)無(wú)波紋系統(tǒng)設(shè)計(jì)快速無(wú)波紋系統(tǒng)（有限(yuxin)拍無(wú)波紋系統(tǒng)）能夠在最短時(shí)間（有限(yuxin)拍）內(nèi)使系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的輸出響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，且在各采樣點(diǎn)之間也能始終保持穩(wěn)態(tài)誤差為零（無(wú)波紋）。共一百五十二頁(yè)六、具有干擾(gnro)作用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)前面的設(shè)計(jì)方法沒有考慮干擾信號(hào)的影響。實(shí)際系統(tǒng)中不可避免地存在干擾作用。閉環(huán)控制系統(tǒng)具有一定的抑制較弱干擾信號(hào)的能力。包含慣性環(huán)節(jié)的被控對(duì)象對(duì)干擾信號(hào)也具有一定的衰減和濾波作用。當(dāng)干擾信號(hào)較強(qiáng)或?qū)刂葡到y(tǒng)質(zhì)量要求(yoqi)較高

25、時(shí)，應(yīng)針對(duì)干擾信號(hào)的作用研究相應(yīng)對(duì)策。采用復(fù)合控制方法可有效抑制干擾的影響。共一百五十二頁(yè)復(fù)合控制系統(tǒng)(kn zh x tn)：系統(tǒng)中既有開環(huán)控制，又有閉環(huán)控制；既有反饋控制，又有前饋控制的系統(tǒng)。反饋數(shù)字控制器前饋數(shù)字控制器零階保持器被控對(duì)象干擾信號(hào)共一百五十二頁(yè)開環(huán)控制部分（即前饋控制器D2(z)和D3(z)）負(fù)責(zé)對(duì)給定信號(hào)(xnho)的跟蹤閉環(huán)控制部分（即反饋控制器D1(z)）負(fù)責(zé)消除閉合回路內(nèi)干擾的影響。共一百五十二頁(yè)七、串級(jí)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)設(shè)計(jì)內(nèi)環(huán)（副回路）外環(huán)（主回路）主對(duì)象副對(duì)象一次干擾二次干擾副控制器主控制器主參數(shù)副參數(shù) 串級(jí)控制系統(tǒng)比單回路反饋控制系統(tǒng)復(fù)雜，但控

26、制質(zhì)量高，被廣泛用于精度要求高、對(duì)象滯后(zh hu)大的場(chǎng)合，如伺服系統(tǒng)。（一）串級(jí)控制系統(tǒng)構(gòu)成共一百五十二頁(yè)（二）串級(jí)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的特點(diǎn)對(duì)進(jìn)入副回路的二次干擾具有很強(qiáng)的抑制能力將干擾源納入到二次干擾范圍內(nèi)。副回路的反饋控制作用使副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大大減小改善了對(duì)象特性，提高了系統(tǒng)性能將慣性(gunxng)、滯后較大的環(huán)節(jié)納入到副回路中。主回路是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，副回路是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，主控制器按負(fù)荷和操作條件的變化不斷調(diào)整副回路的給定值，使其適應(yīng)外界的變化；副回路的給定值由主參數(shù)的偏差來(lái)調(diào)整，可使副對(duì)象的非線性對(duì)主參數(shù)的影響很小將非線性較大的環(huán)節(jié)納入到副回路中。共一百五

27、十二頁(yè)（三）串級(jí)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)和要求(yoqi)合理選擇主、副回路。主回路和主參數(shù)按單回路控制系統(tǒng)處理。把被控對(duì)象中時(shí)間常數(shù)較大、滯后較大、非線性較大的環(huán)節(jié)選做副對(duì)象，副回路的選擇以將主要干擾源都封閉在副回路中為原則。合理匹配主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，避免發(fā)生共振效應(yīng)，使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性。設(shè)主、副對(duì)象時(shí)間常數(shù)分別為01和02 ，當(dāng)01/02 1時(shí)，容易發(fā)生共振現(xiàn)象；當(dāng)01/02過大時(shí)，說明副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)02過小，對(duì)干擾作用或輸入變化過于敏感，可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定；當(dāng)01/02過小時(shí)，說明02過大，使副回路對(duì)干擾作用或輸入變化反應(yīng)不靈敏，控制作用不及

28、時(shí)。一般兩者應(yīng)合理匹配，常取01/02 =3-10。共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)工程實(shí)際中常采用模擬控制規(guī)律離散化的方法進(jìn)行串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(shj)。首先根據(jù)主、副對(duì)象特性將P、I、D三種基本控制規(guī)律適當(dāng)組合，構(gòu)成主、副控制器D1(s)、D2(s)；然后將D1(s)、D2(s)離散化。得到D1(z)、D2(z)；最后按工程整定法及先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的順序確定D1(z)、D2(z)中各參數(shù)。為了有效抑制干擾并獲得主參數(shù)的無(wú)差控制，應(yīng)盡量使主、副回路中都包含有積分環(huán)節(jié)。主、副回路的采樣周期T1、T2應(yīng)當(dāng)適當(dāng)匹配，一般為整數(shù)倍關(guān)系，并常取T1 3T2。共一百五十二頁(yè)第五節(jié) 模糊控制技術(shù)(jsh)簡(jiǎn)介19

29、65年，美國(guó)著名控制論專家L. A. Zadeh教授創(chuàng)立了模糊集合論，為描述、研究和解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題提供了強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)工具。1975年前后，以模糊集合論為基礎(chǔ)，模仿人的控制決策思想，基于規(guī)則的模糊控制在工業(yè)控制領(lǐng)域得到成功的應(yīng)用。1980年以后，模糊控制的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并與各種傳統(tǒng)(chuntng)和現(xiàn)代控制理論與方法相互交叉融合，促進(jìn)了模糊控制理論與方法的進(jìn)一步發(fā)展和成熟。模糊控制的核心是利用模糊集合理論，把人用自然語(yǔ)言描述的控制策略轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠接受的、用算法語(yǔ)言描述的控制算法，這種方法不僅能實(shí)現(xiàn)控制，而且能模擬人的思維方式對(duì)一些無(wú)法構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)象進(jìn)行有效的控制。（舉例：

30、駕車；洗澡；倒立擺） 一、 模糊控制基本概念共一百五十二頁(yè)二、模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)(jch)（一)模糊集合(Fuzzy Set)與隸屬度(Membership)函數(shù)經(jīng)典集合所表達(dá)概念的內(nèi)涵和外延都必須(bx)是明確的。一個(gè)事物要么屬于某集合，要么不屬于某集合，兩者必居其一，沒有模棱兩可的情況。集合A由四個(gè)離散值x1，x2，x3，x4組成，即 A= x1，x2，x3，x4 。集合A由在1.0至10.0之間的所有實(shí)數(shù)集合R組成，即 A=x；xR，1.0 x 10.0 。特征函數(shù)基于這一集合概念的布爾代數(shù)在計(jì)算機(jī)上的運(yùn)用就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)的二值邏輯0，1運(yùn)算。共一百五十二頁(yè)自然界中很多事物和概念無(wú)法簡(jiǎn)單明確地描

31、述，如老年人、中年人、青年人，高個(gè)子、矮個(gè)子等。這些概念沒有明確的外延（符合概念的對(duì)象的全體），被稱為模糊概念。模糊概念不能用經(jīng)典集合加以描述。模糊集合是用于描述此類概念的數(shù)學(xué)工具。對(duì)于模糊集合，一個(gè)元素可以既屬于，又不屬于，亦此亦彼，界限模糊。如概念“冷”并無(wú)明確的溫度分界線，只能大概地說，-10C以下是冷的， 10C以上是不冷的，那么在-1010C之間的溫度究竟屬于“冷”還是(hi shi)“不冷”？模糊集合與隸屬度概念的產(chǎn)生就是為了描述這一類模糊問題。上述“冷”的概念可用下面的模糊集合和隸屬度函數(shù)來(lái)描述：共一百五十二頁(yè)x / oCA冷不冷集合(jh)A是“冷”的所有溫度的集合(jh)A=

32、表示“冷” 的溫度值x對(duì)于(duy)每一個(gè)元素xi，給出它屬于模糊集合A的隸屬度A(xi)，簡(jiǎn)記為 i，其取值范圍在0和1之間。共一百五十二頁(yè)式中符號(hào)“”、“+”并不代表數(shù)學(xué)意義上的除號(hào)和加號(hào)，而是模糊集合的一種表示(biosh)形式。模糊集合完全可以用隸屬度函數(shù)A(x)來(lái)描述。以“矮”、“中等”、“高”、“非常高”作為成年男子身高的四個(gè)模糊子集，分別給出它們(t men)的隸屬度函數(shù)，如下圖所示。150170180190200 (cm)160隸屬度01A矮中等高非常高共一百五十二頁(yè)1.55米：矮個(gè)子1.65米：中等身材(shnci)1.75米：高個(gè)子1.90米：非常高1.82米：屬于高個(gè)子的

33、程度(chngd)是0.5，屬于非常高的程度(chngd)是0.2實(shí)際控制問題中，一般都選用三角形或梯形作為模糊集合的隸屬度函數(shù)，因?yàn)閿?shù)學(xué)表達(dá)和運(yùn)算簡(jiǎn)便，占用內(nèi)存小。隸屬度函數(shù)的選擇雖然帶有一定的主觀隨意性，但在達(dá)到控制要求方面與復(fù)雜形狀的隸屬度函數(shù)相比并無(wú)大的差別。150170180190200 (cm)160隸屬度01A矮中等高非常高共一百五十二頁(yè)一些(yxi)常見的隸屬度函數(shù)偏左型中間型偏右型線性隸屬(lsh)度函數(shù)共一百五十二頁(yè)x1c1ccA(x)xxA(x)A(x)1000偏小型中間型偏大型共一百五十二頁(yè)（二）模糊(m hu)運(yùn)算（Fuzzy Operation)用于兩個(gè)(lin )

34、或以上模糊變量/模糊集合之間的運(yùn)算。兩個(gè)模糊集合A和B的“并”、“交”、“余”運(yùn)算：共一百五十二頁(yè)模糊集合的邏輯運(yùn)算實(shí)質(zhì)上就是隸屬度函數(shù)的運(yùn)算。除上述三種運(yùn)算外，還有“蘊(yùn)涵”、“等價(jià)”、“界限和”等等。用隸屬度函數(shù)的取大（MAX）、取?。∕IN）進(jìn)行模糊集合的并、交邏輯運(yùn)算是目前最常用的方法，此外(cwi)還有其它一些模糊集合邏輯運(yùn)算的隸屬度函數(shù)計(jì)算公式，它們統(tǒng)稱為模糊算子。共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)三、模糊控制簡(jiǎn)介(jin ji)與一般PID控制的根本區(qū)別是模糊控制不需要建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，也不需要建立控制過程的精確數(shù)學(xué)模型，而是完全憑人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)“直觀”地進(jìn)行控制。屬無(wú)

35、模型控制，智能控制。應(yīng)用了人的邏輯思維和推理方法進(jìn)行控制。如鍋爐燃?xì)忾y門的控制：若溫度(wnd)很高或壓力超過正常，則關(guān)閉閥門；若溫度高且壓力正常，則閥門半開；若溫度低且壓力低，則閥門全開；共一百五十二頁(yè)（一）模糊控制器的基本(jbn)結(jié)構(gòu)根據(jù)從過程中測(cè)得的數(shù)據(jù)X，如溫度、壓力(yl)等，與設(shè)定值進(jìn)行比較，并輸入模糊控制器，由模糊控制器推斷出需要校正的量值Y，并對(duì)過程施加控制。共一百五十二頁(yè)對(duì)模糊控制器來(lái)說，輸入和輸出都是精確的數(shù)值，但推理卻是采用模糊語(yǔ)言進(jìn)行的模糊推理，因此需要先對(duì)輸入的精確量進(jìn)行模糊化（Fuzzification），然后才能進(jìn)行模糊推理；模糊推理的結(jié)果是模糊變量，最后需要采

36、用反模糊化(Defuzzification)方法變換成被控過程能夠(nnggu)接受的精確量。精確值模糊化模糊規(guī)則推理反模糊化精確值模糊控制器的基本(jbn)結(jié)構(gòu)共一百五十二頁(yè)模糊(m hu)溫度控制器結(jié)構(gòu)溫差溫差變化率模糊化模糊化反模糊化被控對(duì)象模糊邏輯推理設(shè)定溫度實(shí)際溫度共一百五十二頁(yè)1. 模糊化某模糊控制系統(tǒng)，輸入量為溫度（X1）、壓力（X2），輸出量為閥門流量的校正量（Y）。將溫度劃分為四個(gè)模糊子集（低，中，高，很高），壓力劃分為三個(gè)模糊子集（低于正常，正常，高于正常），分別定義它們的隸屬度函數(shù)?！皽囟取薄ⅰ皦毫Α钡纫部煞Q為語(yǔ)言變量，“低”、“中”、“高”、“很高”等也可稱為語(yǔ)言值。實(shí)

37、際中，常把一個(gè)物理量劃分成“正大”、“正中”、“正小”、“零”、“負(fù)小”、“負(fù)中”、“負(fù)大”七級(jí)，分別以英文字母PL、PM、PS、ZE、NS、NM、NL表示。每一個(gè)語(yǔ)言值都對(duì)應(yīng)于一個(gè)模糊子集。所謂模糊化，就是把輸入的數(shù)值，根據(jù)(gnj)輸入變量模糊子集的隸屬度函數(shù)，找出相應(yīng)的隸屬度的過程。共一百五十二頁(yè)若輸入溫度910C，壓力40.5105Pa，則按上圖可得隸屬度如表所示。對(duì)應(yīng)于溫度和壓力的不同輸入數(shù)值，都可以按定義的隸屬度函數(shù)把它模糊化成(hu chn)不同的語(yǔ)言值。溫度 910C壓力 40.5105Pa很高0.8低于正常0.0高0.3正常0.5中0.0高于正常0.5低0.0共一百五十二頁(yè)為

38、了進(jìn)行(jnxng)模糊推理，還要確定輸出量的隸屬度函數(shù)。將閥門開關(guān)的狀態(tài)劃分為“關(guān)”、“半開”、“中等”、和“開”四級(jí)，并定義隸屬度函數(shù)如上圖。共一百五十二頁(yè)2. 模糊(m hu)規(guī)則推理（Fuzzy Rule Reasoning）模糊控制器的核心工作是依據(jù)規(guī)則進(jìn)行模糊推理。在模糊推理之前需要先制定語(yǔ)言控制規(guī)則，即知識(shí)庫(kù)?？刂埔?guī)則是根據(jù)操作者或?qū)＜业闹R(shí)來(lái)確定的?？刂埔?guī)則可在實(shí)驗(yàn)過程(guchng)中不斷修正和完善。模糊推理規(guī)則的形式為：IF x is A and (or) y is B,THEN z is C.A、B、C是模糊集合，x、y、z是模糊變量。共一百五十二頁(yè)控制規(guī)則條數(shù)的多少視輸

39、入輸出物理量數(shù)目及所需的控制精度而定。對(duì)于(duy)常用的2輸入、1輸出控制過程，若每個(gè)輸入量分成3級(jí)，則有9條規(guī)則；若每個(gè)輸入量分成7級(jí)，則有49條規(guī)則。例：規(guī)則1：IF 溫度=很高 OR 前室壓力=高于正常， THEN 閥門=關(guān)規(guī)則2：IF 溫度=高 AND 前室壓力=正常， THEN 閥門=半開對(duì)于輸入溫度為910C，壓力40.5105Pa，分別應(yīng)用上述兩條規(guī)則，有：規(guī)則1： 910C對(duì)溫度“很高”的隸屬度為0.8， 40.5105Pa對(duì)壓力高于正常的隸屬度為0.5，max0.8,0.5=0.8，則“閥門=關(guān)”的隸屬度是0.8。規(guī)則2： 910C對(duì)溫度“高”的隸屬度為0.3， 40.51

40、05Pa對(duì)壓力等于正常的隸屬度為0.5， min0.3,0.5=0.3，則“閥門=半開”的隸屬度是0.3。共一百五十二頁(yè)有多種模糊推理方法(fngf)，如MAX-MIN-Inference（最大-最小推理法），MAX-PROD-Inference等。在模糊推理過程結(jié)束時(shí)，得到的是以模糊子集表示的閥門的校正量。但閥門不能以模糊量去調(diào)節(jié)，需要先通過反模糊化轉(zhuǎn)換成精確量，然后才能對(duì)閥門施加自動(dòng)調(diào)節(jié)。共一百五十二頁(yè)3. 反模糊化（Defuzzification）將語(yǔ)言表達(dá)的模糊量反變換到精確數(shù)值，即根據(jù)輸出模糊子集的隸屬度計(jì)算出確定的輸出量。反模糊化有多種方法(fngf)，最簡(jiǎn)單的是最大隸屬度法，而在

41、控制技術(shù)中較常用的則是面積重心法（COGCenter of Gravity）。前例中按最大最小推理法所得的模糊子集的結(jié)果如下圖所示，其面積重心的橫坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的閥門流量數(shù)值（2.7m3/h）就作為模糊控制器輸出的校正值y。1.17.00.80.3共一百五十二頁(yè)0.80.3共一百五十二頁(yè)（二）模糊控制方法(fngf)是模糊控制最早采用(ciyng)的方法，應(yīng)用最廣。將輸入量和輸出量的隸屬度函數(shù)、模糊控制規(guī)則都用表格來(lái)表示，輸入量的模糊化、模糊規(guī)則推理和輸出量的反模糊化都通過查表來(lái)實(shí)現(xiàn)。如把在a,b區(qū)間的輸入量x通過如下公式轉(zhuǎn)換成在-6,6區(qū)間的變量u，即 歸一化處理于是，數(shù)字量x被分成-6+6共1

42、3（或14）級(jí)，再按下表實(shí)現(xiàn)輸入量的模糊化。1. 查表法a, b-6, 6共一百五十二頁(yè)u共一百五十二頁(yè)輸出量的反模糊化表與輸入量模糊化表類似。模糊規(guī)則推理也可用表格來(lái)實(shí)現(xiàn)，如下表。輸入量模糊化表、模糊規(guī)則推理表、輸出量反模糊化表的設(shè)計(jì)都可離線進(jìn)行。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將表格寫入單片機(jī)的ROM，即編入控制程序中。在控制過程中，通過查表可對(duì)輸入(shr)的物理量進(jìn)行模糊化，通過查表進(jìn)行模糊推理獲得輸出模糊量，最后通過查表進(jìn)行反模糊化獲得輸出的精確控制量。模糊控制家電產(chǎn)品一般均采用查表法。查表法的優(yōu)點(diǎn)是可快速獲得控制量輸出，缺點(diǎn)是隨著輸入量個(gè)數(shù)增加，所需存儲(chǔ)容量將成指數(shù)增加。共一百五十二頁(yè)如偏差為PM，且

43、偏差變化率為NS，則控制輸出(shch)應(yīng)取NM。如偏差為NS，且偏差變化率為NS，則控制輸出應(yīng)取PS。共一百五十二頁(yè)2. 專用(zhunyng)硬件模糊控制器用硬件直接實(shí)現(xiàn)模糊推理，推理速度(sd)快、控制精度高。已有多種商品化的模糊控制芯片可供選用。價(jià)格較貴，主要用于伺服系統(tǒng)、機(jī)器人、汽車等領(lǐng)域。3. 軟件模糊推理模糊控制過程中輸入量模糊化、模糊規(guī)則推理、輸出量反模糊化都用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。具有較大靈活性，通用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，成本較低。軟件計(jì)算需要時(shí)間，要求單片機(jī)有較高的運(yùn)算速度，以保證實(shí)時(shí)控制要求。共一百五十二頁(yè)（三）模糊控制實(shí)例(shl)（微波爐）模糊控制的微波爐在逐漸普及。把原料放入爐內(nèi)

44、，按一下按鈕，飯菜就自動(dòng)燒好。燒好菜的的關(guān)鍵是“火候(hu hou)”，依據(jù)飯或菜量的大小，控制火的大?。訜釓?qiáng)度）及時(shí)間長(zhǎng)短。煮飯例，四個(gè)要點(diǎn)：使米充分吸水；將沸騰之前的溫度上升時(shí)間控制在大約10分鐘左右；沸騰后，將飯?jiān)?8以上的溫度下，保持20分鐘以上；使米飯表面附著的多余水分跑掉。共一百五十二頁(yè)時(shí) 間吸水加熱沸騰燜飯12510060溫度煮飯過程和內(nèi)鍋底(u d)溫度共一百五十二頁(yè)溫度傳感器濕度傳感器單片機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路按 鍵顯示器控制電路結(jié)構(gòu)原理圖 單片機(jī)的ROM內(nèi)預(yù)先存入模糊控制軟件，根據(jù)輸入的食品溫度、溫度變化率和微波爐內(nèi)空氣的濕度、濕度變化率進(jìn)行模糊推理，確定輸出控制量，控制微波爐磁

45、控管的通斷時(shí)間(shjin)比，從而控制微波爐實(shí)際使用功率的大小。共一百五十二頁(yè)再熱功能是微波爐最常用的功能，可根據(jù)喜好設(shè)定23檔溫度區(qū)間，如低（5565 ）、中（6575 ）、高（7585 ）。對(duì)于所加熱的食品量可根據(jù)溫度變化率的大小進(jìn)行(jnxng)推斷，一般來(lái)說，溫度升高得快，食物量少，否則食物量多。據(jù)此進(jìn)行功率控制，控制規(guī)則形式如下：規(guī)則1：如果溫度遠(yuǎn)低于目標(biāo)值，并且溫度變化率小，則增大功率。規(guī)則2：如果溫度接近目標(biāo)值，并且溫度變化率大，則減小功率。在加熱功能中，對(duì)于牛奶一類食物，為防止沸騰溢出，則需在模糊控制規(guī)則中，綜合考慮濕度的因素，如當(dāng)濕度變化率急劇上升時(shí)，應(yīng)立即關(guān)機(jī)。共一百五十

46、二頁(yè)用微波爐可以燒煮各種食物，如炒花生、烘山芋、蒸魚、燉肉等。根據(jù)燒煮食物的溫度-時(shí)間曲線進(jìn)行模糊控制，使食物燒得恰到好處。通過試驗(yàn)(shyn)找出各種食物在一定量（如500克）時(shí)的最佳燒煮溫度-時(shí)間曲線，并作為知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)起來(lái)。溫度跟蹤的實(shí)現(xiàn)方法：將設(shè)定值與實(shí)測(cè)值的誤差及誤差變化率作為2個(gè)輸入變量，其隸屬度函數(shù)可設(shè)置為三角形，各分成正大、正小、零、負(fù)小、負(fù)大五級(jí)；輸出為功率調(diào)整；控制規(guī)則用一個(gè)5x5矩陣表達(dá)；控制過程中，根據(jù)輸入的變化進(jìn)行模糊推理，獲得輸出控制量，控制微波爐的輸出功率。共一百五十二頁(yè)開 始功能設(shè)定燒 煮再 熱解 凍食物量推斷再熱模糊控制菜單選擇食物量推斷溫度-時(shí)間曲線確定溫度跟蹤模糊控制結(jié)束鳴報(bào)溫度檢測(cè)知識(shí)庫(kù)微波爐模糊控制軟件(run jin)流程圖共一百五十二頁(yè)第六節(jié) 微機(jī)控制(kngzh)裝置設(shè)計(jì)模擬式計(jì)算機(jī)控制裝置/