外文翻譯---增益規(guī)劃的模糊溫度控制器的單向輸入系統(tǒng)(已修改)
2025-06-01 10:05 本頁(yè)面
【正文】 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 1 頁(yè) 共 12 頁(yè) 增益規(guī)劃的模糊溫度控制器的單向輸入系統(tǒng) 摘要 ：在許多化工和半導(dǎo)體的生產(chǎn)過(guò)程中，溫度是獲得所需產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)非常重要的控制參數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，溫度控制系統(tǒng)擁有非線性時(shí)變、慢響應(yīng)、時(shí)延、單向輸入控 制的特點(diǎn)。一般很難估計(jì)它的精確動(dòng)態(tài)模型，因此也很難設(shè)計(jì)一個(gè)通用的溫度控制器去獲得好的控制效果。增益規(guī)劃的概念是指為了獲得較好的控制性能而在控制的過(guò)程中調(diào)整隸屬函數(shù)的變化范圍。它非常適合工業(yè)上的溫度控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞 ： 模糊控制；增益規(guī)劃； 單向輸入的溫度控制 增益規(guī)劃模糊邏輯控制 器 因?yàn)?PID 溫度控制系統(tǒng)擁有明顯的延時(shí)、單向輸入非線性行為，因此對(duì)于基于精確模型的控制起來(lái)說(shuō)，很難去估計(jì)一個(gè)適合的動(dòng)態(tài)模型。此外，由于系統(tǒng)的延時(shí)、單相加熱輸入等動(dòng)態(tài)特征，溫度控制系統(tǒng)的超調(diào)瞬態(tài)響應(yīng)很難去避免和消除。因此，怎樣設(shè)計(jì)一個(gè)通用的溫度控制器擁有很小的超調(diào)、快速的響應(yīng)特性將會(huì)是一個(gè)挑戰(zhàn)性的研究課題。這里給出的不需要特定模型的增益規(guī)劃的模糊控制策略將會(huì)解決這個(gè)問(wèn)題。控制模塊圖如圖 1 所示。 通常模糊控制方法的動(dòng)機(jī)是知識(shí)的不足、動(dòng)態(tài)模型的不確定性。采用模糊集理論來(lái)模擬人類的邏輯推理 。模糊控制器的主要組成部分是一套語(yǔ)言學(xué)的模糊控制規(guī)則和用來(lái)解釋這些模規(guī)則的推理機(jī)。 這種模糊控制規(guī)則提供了語(yǔ)言控制知識(shí)的專家和自動(dòng)控制策略的催化劑之間的轉(zhuǎn)化。每一條控制規(guī)則都由一個(gè)前件和一個(gè)后件組成；一種通用的規(guī)則形式可以表示為： Ri: IF X is A 1 and Y si A2 ,THEN U is C1 (1) 其中 R 是指第 i 條規(guī)則， X 和 Y 是系統(tǒng)輸入變量， U 是輸出變量。 A1 , A2 和C1 是系統(tǒng)相應(yīng)的輸入輸 出論域的子集。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 2 頁(yè) 共 12 頁(yè) 每一條控制規(guī)則輸出的重要性依賴于輸出輸出語(yǔ)言變量的隸屬函數(shù)。在這種控制系統(tǒng)中，模糊控制器有兩種控制輸入，分為誤差 e 和誤差變化 ce ，輸出是控制電壓 u 。為了簡(jiǎn)化模糊控制器的計(jì)算，輸入變量 e 和 ce 的隸屬函數(shù)都選用七種平等三角形的隸屬函數(shù)。分別為 NB,NM,NS,ZO,PS,PM 和 PB 。這種模糊變量的隸屬函數(shù)如圖 4 所示。這些隸屬函數(shù)的分部可以放大或者縮小通過(guò)改變隸屬函數(shù)的尺度參數(shù)。增益的制度參數(shù)一般是和相應(yīng)的輸入變量的標(biāo)稱范圍相匹配。人類的直覺(jué) ,當(dāng)溫度誤差大增大時(shí)控制電壓應(yīng)該增 加 ,以提供更多的能量來(lái)加熱溫度控制腔和減少誤差。另一方面，當(dāng)誤差接近隸屬函數(shù)零的子集時(shí)，控制器就應(yīng)該提供微調(diào)以改變溫度誤差并減少超調(diào)的趨勢(shì)。這些映射參數(shù)被指定為 ge, gce 和 gu 分別指誤差，誤差變化和控制輸出，這些可在表 1 中查閱。 參數(shù) ge 和 gce 是分別指輸入變量溫度誤差和誤差變化的變化范圍的比例因子。參數(shù) gu 是設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)整模糊邏輯控制電壓和簡(jiǎn)化調(diào)試難度的量化因子。這種方法是一種新的增益規(guī)劃模糊控制結(jié)構(gòu)。這些參數(shù)的取值對(duì)于增益規(guī)劃模糊邏輯控制器來(lái)說(shuō)不是非常的重要。他們可以通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)整定 。 然后，相同的價(jià)值可以應(yīng)用到不同的溫度設(shè)定階躍響應(yīng)和適當(dāng)?shù)姆€(wěn)態(tài)精度。對(duì)于這個(gè)溫度控制系統(tǒng)，粗調(diào)的話 ge =5,gce =2 微調(diào) ge =2,gce =1 可以被應(yīng)用到不同的溫度設(shè)定值。相應(yīng)的模糊隸屬函數(shù)覆蓋的溫度誤差變化范圍是粗調(diào) 6 度，微調(diào) 度，如圖 5所示。控制軟件的程序根據(jù)誤差反饋信號(hào)可以自動(dòng)切換在粗調(diào)和微調(diào)之間?？刂圃鲆?gu依賴于穩(wěn)定的設(shè)定值。相應(yīng)的模糊隸屬函數(shù)覆蓋的溫度誤差變化范圍是粗調(diào) 6 度，微調(diào) 度，如圖 2 所示?？刂栖浖某绦蚋鶕?jù)誤差反饋信號(hào)可以自動(dòng)切換在粗調(diào)和微調(diào)之間。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 3 頁(yè) 共 12 頁(yè) 圖 1 溫度控制系統(tǒng)的模糊控制模塊圖 圖 2 模糊輸入輸出變量的隸屬函數(shù) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 4 頁(yè) 共 12 頁(yè) 表 1 模糊增益比例因子 控制增益 gu 依賴于穩(wěn)定的設(shè)定值。它需要反復(fù)的測(cè)試工作去尋找合適的給定的溫度的增益變化范圍，例如， 5080 度， 80120 度， 120150 度，等等，這些參數(shù)的取值不是很重要。每一個(gè)增益參數(shù)都有確定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的變化范圍。否則，我們對(duì)于每一個(gè)設(shè)定的溫度設(shè)計(jì)不同的模糊邏輯控制規(guī)則表。那是一份非常耗時(shí)間和無(wú)聊 的工作。 在這研究中，整個(gè)隸屬函數(shù)的論域被分成兩部分，微調(diào)部分和粗調(diào)部分。如圖 5 所示。在階躍響應(yīng)剛開(kāi)始的時(shí)候，控制器會(huì)自動(dòng)的選擇粗調(diào)部分的論域去響應(yīng)較大的誤差。當(dāng)溫度接近給定狀態(tài)時(shí)，控制器就會(huì)切換到隸屬函數(shù)的微調(diào)論域去矯正穩(wěn)態(tài)誤差。這種控制策略可以根據(jù)反饋的控制信號(hào) e 和 ce，通過(guò)切換隸屬函數(shù)的不同論語(yǔ)，自動(dòng)的在不同的控制范圍之間切換。此外，系統(tǒng)的熱量均衡控制電壓包括模糊控制規(guī)則表去代替附加的控制算法的補(bǔ)償，簡(jiǎn)化控制器的設(shè)計(jì)問(wèn)題和控制法則的計(jì)算。 在這篇文章中，采用 49 條模糊控制規(guī)則，通 過(guò)調(diào)整控制整流器的輸入電壓，去控制鐵室內(nèi)的溫度。這些模糊規(guī)則如表 2 中所示。這些規(guī)則的確定依賴于 PID 控制的響應(yīng)和確定的測(cè)試過(guò)程。為了平衡系統(tǒng)的的熱量，補(bǔ)償控制電壓直接加到額控制規(guī)則中。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 5 頁(yè) 共 12 頁(yè)
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