【正文】 模糊邏輯控制是以模糊集合論，模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ) 的一種計(jì)算機(jī)控制。根據(jù)電 阻 爐的響應(yīng)情況，計(jì)算出采樣時(shí)刻的溫度誤差 e 和誤差變化 ec，然后將溫度誤差 e 和誤差變化 ec 作為模糊控制系統(tǒng)的輸入， 使之 可以滿足不同時(shí)刻的溫度誤差 E和誤差變化 EC 之間的模糊關(guān)系，在進(jìn)行中不斷檢測(cè)溫度誤差 E和誤差變化 EC，運(yùn)用模糊推理進(jìn)行模糊運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的最佳調(diào)整，從而使被控制對(duì)象具有良好的動(dòng)、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 靜態(tài)性能。 2．計(jì)算誤差變化率 dtde 。同時(shí)，把語(yǔ)言變量 E、 EC 的語(yǔ)言值化為某適當(dāng)論域上模糊子集 (如“大”、“小”、“快”、“慢”等 )。 5．模糊推理。 7．計(jì)算機(jī)執(zhí)行完 1~6 步驟后，即完成了對(duì)被控對(duì)象的一步控制，然后等到下一次A/D 采樣，再進(jìn)行第二步控制，這樣循環(huán)下去，就完成了對(duì)被控對(duì)象的控制。一個(gè)單獨(dú)的模糊 ifthen 規(guī)則形式如下： if x is A then y is B 其中， A 和 B 是由模糊集合分別定義在 x， y范圍 (論域 )上的語(yǔ)言值。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 例如，要購(gòu)買(mǎi)一個(gè)軟件，其價(jià)格由其用戶界面和軟件功能決定。在 ifthen 規(guī)則中，當(dāng)“ is”分別出現(xiàn)在前提和結(jié)果中時(shí)，其意義完全不同。 注意“ good”用一個(gè) 0 和 1 之間的數(shù)字表示，因此所謂的前提是一個(gè)解析，它返回一個(gè) 0 和 1 之間的單位。實(shí)質(zhì)上，該表達(dá)式描述了變量 x 與 y 之間的關(guān)系。溫度控制規(guī)則共 56 條如表 所示： 表 模糊 控制規(guī)則表 U EC E PB PM PS O NS NM NB PB PB PB PB PB PM O O PM PB PB PB PB PM O O PS PM PM PM PM O NS NS PO PM PM PS O NS NM NM NO PM PM PS O NS NM NM NS PS PS O NM NM NM NM NM PS PS O NM NM NM NM NB O O NM NB NB NB NB 模糊 ifthen 規(guī)則又稱模糊隱含或模糊條件語(yǔ)句。 R (42) 6．逆模糊化。它是模糊控制系統(tǒng)的核心，是專家的知識(shí)或 現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗(yàn)的一種體現(xiàn)，即控制中所需要的策略。 控 制 規(guī) 則模 糊 化 處 理 逆 模 糊 化計(jì) 算 誤 差 變 化 率模 糊 推 理EE CeUu 圖 模糊控制 系統(tǒng) 的組成 3．輸入量的模糊化。模糊控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可由模糊控制通用芯片實(shí)現(xiàn)或由計(jì)算機(jī) (或微處理機(jī) )的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的具體過(guò)程如下： 1．求系統(tǒng)給定值與反饋值的誤差 e。 模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般分為六個(gè)環(huán)節(jié)：模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模糊化設(shè)計(jì)，模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)，模糊算法設(shè)計(jì)，反模糊化設(shè)計(jì)和模糊控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)。 R (41) 式 (41)中，“ 。 模 糊推理是不確定性推理方法的一種，其基礎(chǔ)是模糊邏輯，它是一種以模糊判斷為內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 前提，運(yùn)用模糊語(yǔ)言規(guī)則，推出一個(gè)新的近似的模糊判斷結(jié)論的方法。模糊化算子的產(chǎn)生，對(duì)模糊控制有很重要的意義。 把“很”，“極”，“略”，“比較”，“微”等修飾詞加在一個(gè)單詞的前面 ， 會(huì)改變?cè)撛~的意義，使之變?yōu)橐粋€(gè)新詞。例如，“年幼”、“年輕”、“年老”等用模糊語(yǔ)言表示的模糊集合。這些含有模糊概念的語(yǔ)言可以稱為模糊語(yǔ)言。傳感器在模糊控制系統(tǒng)中占有十分重 要的地位，它的精度往往直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的精度，因此，在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)注意選擇精度高且穩(wěn)定性好的傳感器。對(duì)于那些難以建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜對(duì)象，更適宜采用模糊控制。 （ 3） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括各交、直流電動(dòng)機(jī)，伺服電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和液壓電動(dòng)機(jī)、液壓缸等。而在模糊控制理論中，則采用基于模糊控制知識(shí)表示和規(guī)則推理的語(yǔ)言型“模糊控制器”，這也是模糊控制系統(tǒng)區(qū)別于其他自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)所在。模糊控制屬于計(jì)算 機(jī)數(shù)字控制的一種形式，它的組成類似于一般的數(shù)字控制系統(tǒng)，其框圖如圖 所示。 其基本思想是在被控對(duì)象的模糊模型的基礎(chǔ)上，用機(jī)器去模擬人對(duì)系統(tǒng)控制的一種方法。 1984 年，國(guó)際模糊系統(tǒng)學(xué)會(huì)成立。模糊控制較大規(guī)模的研究是從 1980 年開(kāi)始的。操作人員恰恰是利用了人腦的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)外界事物進(jìn)行識(shí)別與判決，使看來(lái)不經(jīng)意的模糊手動(dòng)操作達(dá)到精確控制的目的?，F(xiàn)代控制理論為控制復(fù)雜系統(tǒng)提供了新的思路。它是一種在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的常規(guī)控制算法，屬于線性控制。 表 按擴(kuò)充響應(yīng)曲線法整定參數(shù) 控制度 控制規(guī) 律 T Kp Ti Td PI /τ PID /τ PI /τ PID /τ PI /τ PID /τ PI /τ PID /τ 以上 兩種方法適用于被控對(duì)象是一階慣性純滯后環(huán)節(jié)。 （ 2） 用記錄儀記錄被調(diào)量在階躍輸入下的整個(gè)變化過(guò)程曲線，如 圖 所示。例如，當(dāng)控制度為 時(shí)，就是指 DDC 與模擬控制效果相當(dāng) ； 控制度為 時(shí)，是指DDC 比模擬控制效果差。 （ 3） 選擇控制度 。 （ 2） 用選定的采樣周期使系統(tǒng)工作。 按簡(jiǎn)易工程整定法整定參數(shù) 在連續(xù)控制系統(tǒng)中，模擬 控制 的參數(shù)整定方法較多，但簡(jiǎn)單易行的方法還是簡(jiǎn)易工程法。 （ 2） 增量 式 PID 控制算法只給出控制增量，因而誤差動(dòng)作小。 在很多控制系統(tǒng)中，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)是采用步進(jìn)電機(jī)或多圈電位器進(jìn)行控制的，所以，只要給一個(gè)增量信號(hào)即可。 PID 的控制算法 在模擬控制系統(tǒng)中， PID 算法的表達(dá)式為： ? ? ? ? ? ??????? ??? ? to Dip dttdeTtdteTteKtP 1)()( （ 34） 式中 ： ()Pt ─調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)； ()et ─調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)，它等于測(cè)量值與給定值之差； Kp ─調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； iT ─調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間； DT ─調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間。 PID內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 控制器成為一種應(yīng)用廣泛的控制器。 采用 PID 控制器，從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)方面改善了控制器的品質(zhì)。對(duì)溫度參量等滯后較大的對(duì)象，宜選 Ti 大一些。積分作用加人可以消除系統(tǒng)靜差?？刂谱饔玫膹?qiáng)弱取決于 Kp 的大小。人們?cè)趯?duì) PID 控制方法 應(yīng)用的同時(shí)，也對(duì)其控制算法進(jìn)行了各種改進(jìn)，例如：不完全微分 PID 算式、積分分離 PID算式、變速積分 PID 算式和帶死區(qū) PID 算式等。 PID 控制 的發(fā)展經(jīng)歷了液動(dòng)式、氣動(dòng)式幾個(gè)階段，目前正經(jīng)歷由模擬控制向著數(shù)字化、智能化控制的方向發(fā)展階段 ， 這些數(shù)字化、智能化的控制有著傳統(tǒng)的模擬控制無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如：可以靈活的改變控制參數(shù)；可以靈活的改變控制策略等 【 6】 。在美國(guó)，據(jù)控制 工程雜志估計(jì)，有 90%以上的工業(yè)控制采用的是 PID 控制。在過(guò)程控制中， 90%以上的控制回路采用 PID類型的控制，因此，大多數(shù)反饋回路采用該方法或其較小的變形來(lái)控制。它是迄今為止最通用的控制方法。 本系統(tǒng)采用 級(jí) K 型熱電偶。 級(jí) 在 0~1200℃之間，其誤差為177。除此以外，熱電偶還具有明顯的優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，價(jià)格便宜； （ 2） 測(cè)溫精度較高，高溫區(qū)的復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好； （ 3） 由于測(cè)溫顯示 的是 電信號(hào)， 這就 便于 信 號(hào)的遠(yuǎn)傳和記錄，也有利于集中檢測(cè)和控制； （ 4） 熱電偶體積小，熱容量及熱慣性 也相對(duì)很 小。 熱電偶由于測(cè)溫范圍寬，它在工程實(shí)際中的應(yīng)用非常廣泛。 熱電偶 溫度傳感器一般分為接觸式和非接觸式兩大類。要進(jìn)行量程調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移只要改變 F、 C、 Zo 的大小就能實(shí)現(xiàn) 。 反饋部分則把變送器的輸出信號(hào) y轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào) Zf， 再 送回至輸入端。 給 定 溫 度 控 制 器 可 控 硅 電 路 電 爐 實(shí) 際 溫 度溫 度 變 送 器 圖 溫度控制框圖 變送器 變送器是基于負(fù)反饋原理工作的，其構(gòu)成原理如圖 所示，它包括測(cè)量部分、放大器和反饋部分。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 溫度控制的基本原理 電阻爐為被控對(duì)象的控制過(guò)程見(jiàn)圖 。模糊控制提供了一種新的有效途徑，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力來(lái)修正偏差和偏差變化的比例系數(shù)，達(dá)到優(yōu)化模糊控制的作用，從而進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)時(shí)控制效果，其優(yōu)點(diǎn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，能達(dá)到高精度的快速控制，具有極強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)能力。 （ 5） 模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合 溫控系統(tǒng)由于被控過(guò)程常常具有嚴(yán)重的非線性、時(shí)變性以及種類繁多的干擾，使得基于精確數(shù)學(xué)模型的傳統(tǒng)控制方案很難獲得滿意的動(dòng)靜態(tài)控制效果。但 PID 控制 本質(zhì)是線性控制，而模內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 糊控制具有智能性，屬于非線性領(lǐng)域。同傳統(tǒng)的 PID 控制比較，模糊控制響應(yīng)速度快，超調(diào)量小，參數(shù)變化不敏感。 （ 3） 模糊控制 模糊控制是基于模糊邏輯的描述一個(gè)過(guò)程的控制算法，主要嵌入操作人員的經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)知識(shí)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） （ 2） 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 溫度控制系統(tǒng)由于負(fù)載的變化以及外界干擾因素復(fù)雜， PID 控制只能對(duì)電參數(shù)的影響做精確的計(jì)算，對(duì)于外界環(huán)境的變化只能做近似的估算，影響控制精度。 所以， 最近幾年快速發(fā)展的 PID 控制 、 模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 、 遺傳算法在溫度控制中 被廣泛 應(yīng)用。 溫度控制方案的介紹 在控制領(lǐng)域中，溫度控制電路廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，電阻爐溫度控制具有升溫單向性、大慣性、大滯后的特點(diǎn)。其方法是先不接把控制器接入控制回路，系統(tǒng)處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，用飛升曲線法可測(cè)得式 (28)中的各系數(shù)的近似值如下 : fT =360s， ? =10s， fK =2, 即： ? ? sessG 101360 2 ??? （ 29） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 第三章 電阻爐溫度控制系統(tǒng) 電阻爐的溫度控制系統(tǒng)同其它各種自動(dòng)控制系統(tǒng)一樣，主要由測(cè)量、給定、比較、放大和執(zhí)行幾部分組成。 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大多數(shù)控制過(guò)程的模型?？梢越频赜靡浑A慣性、二階慣性或一階慣性加延時(shí)、二階慣性加延時(shí)來(lái)描述。對(duì)象的數(shù)學(xué)模型不同，所用的整定程序及整定公式也會(huì)不同。 電阻爐的工作原理 電阻爐 工作 原理是使電流 通過(guò) 在爐中的特殊發(fā)熱元件。淬火后的工件吊入洗滌裝置清洗、干燥后，再吊入回火爐中進(jìn)行回火處理，從而完成一個(gè)熱處理周期。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） ⑤立 式 聯(lián)合電 爐 立 式聯(lián) 合 電爐 是 將 工 件 在 熱處理過(guò)程中需要 的主 要熱處 理 設(shè)備按 工藝 順序排列成線，組成 一 個(gè) 可 連續(xù)操作的 生 產(chǎn)線。工件置放在爐底或爐底上的料盤(pán)內(nèi)，由推料機(jī)、步進(jìn)機(jī) 或振底機(jī)構(gòu)連續(xù)進(jìn)料，也可將工件放在輸送帶上連續(xù)、慢速地向爐內(nèi)進(jìn)料。 ③井 式 電阻 爐 爐膛為一豎直圓筒，電熱元件沿爐膛分層布置，多區(qū)分別控溫，爐內(nèi)溫差小，適用于軸類及桿件吊掛加熱，可避免工件彎曲變形，工件進(jìn)出爐多用橋式起重機(jī)起吊。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） ① 室內(nèi)電阻爐 箱式爐體，固定式爐底，實(shí) 行間 斷加熱， 具有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性好、購(gòu)置費(fèi)用低等特點(diǎn)，適 用于中小型 工件熱處理加熱用。如用堿類代替硝鹽，則稱為堿浴爐 。鹽液溫度隨爐溫不 同 而異：鹽液溫度 1000～ 1350℃時(shí)，稱高溫鹽浴爐； 550～ 1000℃時(shí)，稱中溫鹽浴爐； 150～ 550℃時(shí)，稱低溫鹽浴爐。 （ 3） 鹽浴爐 。 以輻射傳熱為主、對(duì)流傳熱作用很小。有連鎖內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 保護(hù)、報(bào)警、防爆、數(shù)顯、曲線記錄等功能，使之操作簡(jiǎn)便，工藝穩(wěn)定，重復(fù)性好。高純度的氫氣，其含氧量可小于 ，其露點(diǎn)小于 70℃。 （ 2） 能滿足工件在各種工藝氛圍 (保護(hù)、運(yùn)載、反應(yīng) )中的要求，并使之成為可控。 電阻爐的主要參數(shù)有額定電壓、額定功率、額定溫度、工作空間尺寸、生產(chǎn)率、空爐損耗功率、空爐升溫時(shí)間、爐溫控制精度及爐溫均勻性等。電阻爐由爐體、電氣控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成。單純模糊控制雖然能夠適用于無(wú)法精確解析建模的物理對(duì)象，但 是 要獲得好的控制效果需要有系統(tǒng)的 專業(yè) 知識(shí)和完整合理的模糊規(guī)則，這導(dǎo)致其應(yīng)用受到了很大局限。 （ 3） 設(shè)計(jì)電 阻爐溫度測(cè)控系統(tǒng)的方案及建立電阻爐測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 論文研究的主要內(nèi)容 本文以電阻爐為研究對(duì)象，針對(duì)電阻爐的溫度，在比較、研究不同控制策略的基礎(chǔ)上，主要對(duì)模糊控制、 PID 控制算法在電阻爐溫度控制中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。為了節(jié)約能源，老式電阻爐大都要進(jìn)行技術(shù)改造，使其節(jié)約電能。由于高性能新材料的出現(xiàn)，檢測(cè)監(jiān)控元件的