【正文】 四個步驟 ，計算所選擇的系統(tǒng)的輸入變量； ； 變量（模糊量）及模糊控制規(guī)則，按模糊推理合成規(guī)則計算控制量（模糊）； （ 模糊量）計算精確的控制量。 傳感器 被控對象 執(zhí)行機構(gòu) A/D D/A 計算變量 模糊化 模糊推理 反模糊化 圖 1 模糊控制原理圖 黃石理工學(xué)院 課程設(shè)計報告 5 設(shè)計的基本原理 液面控制由于其應(yīng)用及其普遍，種類繁多，其中不乏一些大型的復(fù)雜系統(tǒng)，譬如在石油化工等工業(yè)生產(chǎn)中。它主要有以下幾個特點： 1. 時滯性很大。在大型、復(fù)雜的液位控制系統(tǒng)中當(dāng)改變進(jìn)出容器的液體流量來控制液位時，控制效果在較長的時間后才可以體現(xiàn)，這會使得最后的穩(wěn)態(tài)誤差較大，液位在期望值附近波動。 2. 時變性。液位控制一般是控制液體 的流入量的大小來控制液位的，流出量是根據(jù)后續(xù)工藝生產(chǎn)的需求而調(diào)節(jié)的，這種需求的數(shù)量和速度是不斷變化的。 3. 非線性。容器內(nèi)液體流出量不僅隨后續(xù)工藝生產(chǎn)需求變化，即使在控制閥門保持不變的情況下，實際的流出量也隨著液位高度的變化而發(fā)生一種非線性的變化。這幾個特點需要將智能控制方法引入到液位的控制系統(tǒng)中來。 設(shè)計的基本步驟 第一步：在采樣時刻，采樣系統(tǒng)的輸出值，然后根據(jù)所選擇的系統(tǒng)的輸入變量來進(jìn)行計算，得到輸入變量的具體值。一般系統(tǒng)通常選擇誤差及誤差的變化情況作為輸入變量。 第二步：將輸入變量的精確值變?yōu)槟：?。當(dāng)然，在這之前需要先確定模糊變量的基本論域、模糊子集論域、模糊詞集及隸屬函數(shù)，系統(tǒng)中輸入變量的實際變化范圍稱為變量的基本論域，對于模糊控制輸入所要求的變化范圍稱為它們的模糊子集論域。模糊子集論域的確定和下一步的模糊推理中需要的模糊值有關(guān)。模糊值可用模糊詞集來表示，人們對數(shù)值的模糊表示一般可用大、中、小加以區(qū)別 ,再加上正負(fù)模糊詞集就可表示為： {負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大 } 一般系統(tǒng)的輸入變量的模糊子集論域所含的元素個數(shù)應(yīng)為詞集總數(shù)的兩倍以上 ,這樣才能確保模糊詞集能較好地覆蓋模糊子集論域，避免出現(xiàn)失控現(xiàn)象。針對上面選用的模糊詞集，模糊子集論域可選擇為： 黃石理工學(xué)院 課程設(shè)計報告 6 公式 1 隸屬函數(shù) {6， 5， 4， 3， 2， 1， 0， 1， 2， 3， 4， 5， 6 } 對于一個模糊控制系統(tǒng)，它的控制器輸入變量的實際范圍一般不會正好和模糊子集論域一致，這時就需要進(jìn)行轉(zhuǎn)化 .假如基本論域為 [a， b]，模糊子集論域為 [m， n]， 則將一個精確輸入量 x 轉(zhuǎn)化到模糊子集論域中的變量 y 是通過以下公式來實現(xiàn)的： y=(nm)*[x(ba)/2]/(ba) (1) 模糊子集論域和模糊詞集之間是通過隸屬函數(shù)來聯(lián)系的。模糊 變量的隸屬函數(shù)就和普通變量的特征函數(shù)一樣，但它的取值范圍并不是單純的 0 或 1，而是在 [0， 1]之間連續(xù)變化。隸屬函數(shù)的形狀常采用梯形、三角形、鐘形、高斯形等。 在實際應(yīng)用中，為方便起見，采用三角形的較多。這一步的工作可以用下圖表示： 輸入變量精確值 模糊子集論域中的變量 輸入變量模糊值 第三步：根據(jù)上一步得到的輸入變量 (模糊量 )及模糊控制規(guī)則，按模糊推理合成規(guī)則計算控制量 (模糊量 )。模糊控制規(guī)則是根據(jù)操作者的經(jīng)驗或?qū)＜业闹R ,用 if， then 描述的一組條件語句。 第四步：控制量的 模糊量轉(zhuǎn)化為精確量。上一步雖然通過模糊推理得到了控制量，但它是模糊形式的，而真正的執(zhí)行機構(gòu)不能接受模糊量，只能接受精確量，所以必須把控制量由模糊形式轉(zhuǎn)化為精確形式，這一步也叫做解模糊化。 模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計是指確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量。模糊控制器輸入變量的個數(shù)稱為模糊控制器的維數(shù)，目前廣泛采用的均為二維模糊控制器。在此我們也選擇這一結(jié)構(gòu)形式。我們設(shè)計的是液位模糊控制器，就選擇液位的誤差和誤差的變化作為模糊控制器的輸入變量，分別記作 E， Ec。 模糊控制器的輸出應(yīng)該是用來控制液位的，液位實際上就是受流入量和流出量的影響，而流出量是根據(jù)后續(xù)工藝不停的變化，是不可控的。所以模糊控制器的輸出就只有一個，作為控制黃石理工學(xué)院 課程設(shè)計報告 7 流入量執(zhí)行機構(gòu)的控制量，記作 U。對于模糊控制器的輸出，可以有兩種形式，一種是絕對的控制量輸出，另一種是增量方式輸出。在本次設(shè)計的模糊控制器中，我們選擇了絕對值輸出方式 . 模糊控制規(guī)則的設(shè)計 控制規(guī)則的設(shè)計一般包括三部分內(nèi)容：選擇描述輸入輸出變量的詞集，定義各模糊變量的模糊子集和建立模糊控制器的控制規(guī)則。下面就分別來進(jìn)行說明： 描述輸入、輸出變量的詞集 對于液位誤差，誤差變化率及控制量我們選用相同的模糊詞集，都用自然語言大、中、小來進(jìn)行描述，將大、中、小再加上正、負(fù)兩個方向并考慮變量的零狀態(tài)，共有七個詞匯，即： {負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大 } 為敘述方便，用英文字頭縮寫表示為： {N B， N M ， N S， Z E， PS， PM， P B} 其中， N=Negative， P=Positive， B=Big， M=Medium， S=Small， ZE=Zero 。 定義一個模糊子集，實際上就是要確定模糊 子集隸屬函數(shù)曲線的形狀。對于輸入變量誤差和誤差變化率，我們選用的模糊子集論域和隸屬函數(shù)曲線都完全一致，所以在此就只針對誤差的模糊子集的確定來進(jìn)行說明。 誤差的模糊子集論域取 [6， 6 ]之間，然后離散化，只取整數(shù)，所以它的模糊子集論域可表示為： {6， 5， 4， 3， 2， 1， 0， 1， 2， 3， 4， 5， 6 } 其中有 13 個元素，而模糊詞集中有 7 個元素，基本滿足了二倍的關(guān)系，可以保證不會出現(xiàn)失控現(xiàn)象。 為了計算方便，將隸屬函數(shù)曲線都選為三角形形式，而且根據(jù)經(jīng)驗，在靠近0 附近，三角形的形狀選的窄一些，這樣有 利于提高靈敏度，抑制超調(diào)。在遠(yuǎn)離0 的地方，三角形的形狀選的寬一些，因為這時候誤差還很大，不會引起超調(diào)。至于三角形具體形狀及位置的有關(guān)參數(shù)，是根據(jù)經(jīng)驗初步確定的，在控制器調(diào)試的時候還需要對這些進(jìn)行反復(fù)的修改。根據(jù)隸屬函數(shù)可以得出模糊子集元素對各黃石理工學(xué)院 課程設(shè)計報告 8 模糊詞集的隸屬程度 ,具體如表 1 所示： 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 PS 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ZE 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NS 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 表 1 誤差的模糊變量的賦值表 對于模糊控制器的輸出量，雖然它是執(zhí)行機構(gòu)的控制量，但還需經(jīng)過 D/A的轉(zhuǎn)換。因為計算機輸出的是數(shù)字量，而執(zhí)行機構(gòu)只能接受模擬量。在本次設(shè)計中，我們用了 AD420 來實現(xiàn)這樣的功能，所以說模糊控制器的輸出實際上是