【正文】 燒工藝 22 回轉(zhuǎn)窯基本結(jié)構(gòu) 23 回轉(zhuǎn)窯的模糊模型 24 概述 24 模糊控制方案的建立 24 模糊控制器的設(shè)計 25 解模糊 28第4章 水泥回轉(zhuǎn)窯溫度模糊控制的仿真 30 MATLAB的概況 30 回轉(zhuǎn)窯模糊控制系統(tǒng)仿真 30 仿真結(jié)果分析 32結(jié)論 33致謝 34參考文獻(xiàn) 35附錄 37湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計第1章 緒 論 國內(nèi)外水泥及其生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 國外水泥生產(chǎn)概述現(xiàn)在，國際水泥工業(yè)以預(yù)分解技術(shù)為核心[1]，將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的最新成果廣泛用于水泥生產(chǎn)的全過程，形成了一套具有現(xiàn)代高科技特征和符合優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保要求以及大型化、自動化的現(xiàn)代水泥生產(chǎn)方法。 目前，水泥生產(chǎn)自動化系統(tǒng)大都采用單回路控制與人工操作相結(jié)合的系統(tǒng)和集散控制系統(tǒng)DCS (Distributed Control System)，在大型化水泥生產(chǎn)中，單回路控制系統(tǒng)中控制效果較差且不能完成遠(yuǎn)距離通信，而DCS系統(tǒng)在本質(zhì)上因采用封閉式通信協(xié)議而極易形成“自動化孤島”。大幅度提高了新型干法水泥產(chǎn)量，到2005年新型干法水泥產(chǎn)量占全國水泥總產(chǎn)量的30%，淘汰了落后的生產(chǎn)工藝和裝備，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)升級的目的。原料進(jìn)廠后經(jīng)過預(yù)處理，由化驗室對原料進(jìn)行化驗分析，通過計算給出生料配方，生料配料工序根據(jù)化驗室給出的配方比例對生料進(jìn)行配料得到混合料，混合料通過生料磨磨成粉狀入生料庫，生料經(jīng)鍛燒成為熟料，熟料與礦渣、礦化劑按一定比例混合后，通過水泥磨成粉狀入水泥儲存庫，最后經(jīng)過包裝出廠。 要對水泥回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行智能微機(jī)控制，首先要解決的就是對于其控制的理論模型的建立。只有在充分了解水泥的生產(chǎn)工藝，采集足夠數(shù)據(jù)，才能建立具有針對性的模糊模型，實現(xiàn)對水泥回轉(zhuǎn)窯的模糊控制。第2章 智能控制系統(tǒng)理論 控制理論發(fā)展概況自動控制理論作為一門學(xué)科，隨著生產(chǎn)的發(fā)展而不斷地發(fā)展，尤其是計算機(jī)的更新?lián)Q代更加推動了控制理論的向前發(fā)展。大系統(tǒng)理論是用控制和信息的觀點，研究各種大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案、總體設(shè)計中的分解方法和協(xié)調(diào)等問題的技術(shù)理論基礎(chǔ)；智能控制是研究與模擬人類智能活動及其控制與信息傳遞過程的規(guī)律，研究具有某些仿人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)。智能控制可以在任務(wù)要求范圍內(nèi)進(jìn)行自行決策，采取行動，當(dāng)出現(xiàn)多目標(biāo)沖突時，在一定限制下，各控制器可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行自行解決。作決策的過程也就是智能推理的過程。智能控制是一門邊緣交叉學(xué)科也是一個新興的研究領(lǐng)域?？梢园押戏ㄕZ句成分看作定義在所有可能字符串上的一個模糊集合。上述隊U, T, E, 。如果不是在討論某個主題下的模糊語言，而是論及整個自然語言，那么U將是多個主題下論域的并集，是一個包羅萬象的大論域。T是E上的模糊集合，E中的一個字符串X是否屬于一個合理的語言成分，由它對T的隸屬度u(X)來刻劃。又如，E為字符集扭{a,b,+}上字符串的全體，T代表代數(shù)式，那么E中幾個有代表性的序列屬于T的隸屬度可定義為：()()() 命名關(guān)系N是EU上的模糊關(guān)系： uN: EU→[0, 1] () (x, y) →uN (x, y) ()其中我們說結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的語言是模糊的，是指T或N或者均為模糊集合的情況，當(dāng)兩者均為模糊集時，即非模糊語言，程序設(shè)計語言就是非模糊的結(jié)構(gòu)化語言。下面給出語義的定義。 VT是終極符的有限集合，例如英文的字母表，V*T是VT中的元素(即字符)連結(jié)起來組成的有限序列(即字符串)的全體。對模糊集合T的并、交、補(bǔ)、連接、閉包等可作為形式語法的擴(kuò)展定義如下。 用傳統(tǒng)的二值邏輯進(jìn)行演繹推理和歸納推理時，只要大前提或者推理規(guī)則是正確的，小前提是肯定的，那么就一定會得到確定的結(jié)論。由于它缺乏現(xiàn)代形式邏輯中的性質(zhì)以及理論上的不完善，這種推理方法還未得到一致的公認(rèn)。在模糊邏輯推理中有兩種重要的推理方法，即所謂的廣義取式 (肯定前提)推理和廣義拒式 (肯定結(jié)論)推理。模糊控制的最大特征是，它能將操作者或?qū)＜业目刂平?jīng)驗和知識表示成語言變量描述的控制規(guī)則，然后用這些規(guī)則去控制系統(tǒng)。經(jīng)過人們長期研究和實踐形成的經(jīng)典控制理論，對于解決線性定常系統(tǒng)的控制問題是很有效的，然而其對于非線性時變系統(tǒng)難以奏效。例如，有些對象難以用一般的物理和化學(xué)方面的規(guī)律來描述，有的影響因素很多，而且相互之間又有交叉耦合，使其模型十分復(fù)雜，難于求解以至于沒有實用價值。這樣一來，對于這類對象和過程就難以進(jìn)行自動控制?？偨Y(jié)人的控制行為，正是遵循反饋及反饋控制的思想。模糊控制的基本思想就是利用計算機(jī)來實現(xiàn)人的控制經(jīng)驗。這正是模糊控制的基本思路。它也是一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，被控制量要反饋到控制器，與設(shè)定值相比較，根據(jù)誤差信號進(jìn)行控制。從數(shù)學(xué)模型的角度講，它們可能是單變量或多變量的，可能是線性的或非線性的，可能是定常的或時變的，可能是一階的或高階的，可能是確定性的或是隨機(jī)過程，當(dāng)然也可能是混合有多種特性的過程。它們檢測各種非電量如溫度、流量、壓力、液位、轉(zhuǎn)速、角度、濃度、成份等并變換放大為標(biāo)準(zhǔn)的電信號，包括模擬的或數(shù)字的等形式。執(zhí)行機(jī)構(gòu)實現(xiàn)的控制作用常常表現(xiàn)為使角度、位置發(fā)生變化，因此它往往是由伺服電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)、氣動調(diào)節(jié)閥、液壓閥等加上驅(qū)動裝置組成。模糊控制器模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，也是模糊控制系統(tǒng)區(qū)別于其它自動控制系統(tǒng)的主要標(biāo)志。例如，要用建立數(shù)學(xué)模型解數(shù)學(xué)方程的方法來控制倒立擺直立不倒是一件很困難的事情，但人們在用手控制竹竿直立不倒時，一邊用眼觀測，一邊用手控制；若竹竿向前傾，則手向前運動；若竹竿向前傾一點，則手向前動一點；若竹竿突然向后倒，則手快速向后退。由于一個模糊概念可以用一個模糊集合來表示，因此模糊概念的確定問題，就可以直接轉(zhuǎn)換為模糊集隸屬函數(shù)的求取問題。從圖可以看出，它和傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)沒有多大區(qū)別，只是模糊控制器替代傳統(tǒng)的數(shù)字控制器。應(yīng)用CRI合成推理法，可得到模糊輸出變量U*， U*=E*oR模糊推理輸出U*是一個模糊變量，在系統(tǒng)中要實施控制時，模糊量U*還要轉(zhuǎn)化為清晰值，因此要進(jìn)行清晰化處理，得到可操作的確定值ui，這就是模糊控制器的輸出值，通過的ui調(diào)整控制作用，使偏差e盡量小。大前提是多個多維模糊條件語句，構(gòu)成規(guī)則庫；小前提是一個模糊判斷句，又稱事實。在經(jīng)典控制中，系統(tǒng)模型是用傳遞函數(shù)來描述。模糊控制算法有多種實現(xiàn)形式。(1)手動控制過程中的信息量人在進(jìn)行手動控制過程中，操作者期望實現(xiàn)控制目標(biāo)，一旦偏離了目標(biāo)，出現(xiàn)了偏差，操作者便根據(jù)偏差的大小進(jìn)行調(diào)整。比如，在往空桶中放水時，人對水面高度離桶上邊的距離 (誤差)比較敏感；而對液位差減小的速度就比較遲鈍；對液位差減小速度的變化率就很難感覺出來。從理論上講，模糊控制器的維數(shù)越高，控制的效果也越好，但是維數(shù)高的模糊控制器實現(xiàn)起來相當(dāng)復(fù)雜和困難。對模糊子集的理想要求是必須客觀地反映實際情況。一般選用“大、中、小”三個詞匯來描述輸入輸出變量的狀態(tài)。(2) 定義各模糊變量的模糊子集定義一個模糊子集，實際上就是要確定模糊子集隸屬函數(shù)曲線的形狀。從自動控制的角度來看，希望一個控制系統(tǒng)在要求的范圍內(nèi)都能夠很好的實現(xiàn)控制。(3) 建立模糊控制規(guī)則模糊控制器的控制規(guī)則是以手動控制策略為基礎(chǔ)的。常見的模糊條件語句及其對應(yīng)的模糊關(guān)系有：(1) if A then B(若A則B) R=AB(2) if A then B else C(若A則B否則C) R=(AB)+(C)(3) if A and B then C(若A則B則C) R=(A B)它反映了人腦功能的許多基本特性，但它并不是人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的真實寫照，而只是對其作某種簡化、抽象和模擬，這也是現(xiàn)實情況（當(dāng)前對腦神經(jīng)和其智能機(jī)理的研究水平）所能做到的，是目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的基本出發(fā)點。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在輸入的影響下進(jìn)入一定的狀態(tài)，由于神經(jīng)元之間相互聯(lián)系以及神經(jīng)元本身的動力學(xué)性質(zhì)，這種外界刺激的興奮模式會迅速地演變而進(jìn)入平衡狀態(tài)。不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果和互連模式都有一定的要求和限制，如不允許它們是多層次的、是全互連的等等。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，修改權(quán)值的規(guī)則稱為學(xué)習(xí)算法，這也就是說權(quán)值并非固定不變的。一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中有許多處理單元，每個處理單元的具體操作都是從與其相鄰的其它單元中接受輸入，然后產(chǎn)生輸出送到與其相鄰的單元中去。隱含單元則處于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中，它不與外界環(huán)境產(chǎn)生直接的聯(lián)系。在通常情況下，所有來自其它鄰近單元的輸出乘上相應(yīng)的權(quán)值，再相加起來而得到所有輸入的組合再送入處理單元中。專家系統(tǒng)內(nèi)部含有大量的某個領(lǐng)域的專家水平的知識與經(jīng)驗，能夠運用人類專家的知識和解決問題的方法進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，來解決該領(lǐng)域的復(fù)雜問題。智能控制是研究與模擬人類智能活動及其控制與信息傳遞過程的規(guī)律，研究具有某些仿人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)。第3章 水泥回轉(zhuǎn)窯溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 大型回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)具有質(zhì)量好且穩(wěn)定、產(chǎn)量高、經(jīng)濟(jì)效益好的特點前經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家基本上都是以大型回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)為主。從圖中可看出系統(tǒng)的檢測參數(shù)包括各種溫度、壓力、流量、氣體成分、轉(zhuǎn)矩、氣體成分電流以及工業(yè)電視等，所用儀表品種繁雜，除各種通用檢測儀表外，尚有一些水泥工業(yè)轉(zhuǎn)速、窯尾負(fù)壓、燃料流量等，其中以燒成帶溫度和窯尾廢氣成分檢測是關(guān)鍵。燃燒用的空氣由兩部分組成，一部分和燃料一起噴入窯內(nèi)，叫做“一次空氣”，另一部分通過冷卻機(jī)將熟料冷卻，這時本身被加熱到一定溫度，進(jìn)入窯內(nèi)，叫做“二次空氣”。. 預(yù)熱帶：物料溫度很快升高到450460℃，完成粘土質(zhì)原料脫水過程在回轉(zhuǎn)窯中所占的空間叫做預(yù)熱帶。完成固相反應(yīng)過程在回轉(zhuǎn)窯中所占的空間叫做放熱反應(yīng)帶。完成硅酸三鈣的形成和燒結(jié)反應(yīng)過程在回轉(zhuǎn)窯中所占的空間叫做燒成帶。冷卻帶的冷卻介質(zhì)是來自冷卻機(jī)的二次空氣。由于窯的胴體有一定的斜度，并且不斷地回轉(zhuǎn)，使熟料逐漸向前移動，直至從窯頭卸出進(jìn)入推冷機(jī)。因此，采用傳統(tǒng)的控制策略往往難以獲得令人滿意的控制品質(zhì)。然后定時采樣窯內(nèi)溫度值，獲得窯溫數(shù)據(jù)，將它們與給定比較獲得各自的偏差，由溫度偏差值通過控制算法得到調(diào)節(jié)值，輸出去控制噴煤電機(jī)、主窯電機(jī)和喂料電機(jī)轉(zhuǎn)速。這種控制方法已經(jīng)成功地用于其它工業(yè)窯如陶粒窯、磚窯等的控制，顯著地改善了控制質(zhì)量。) 因此，采取BZ和BE為被控制量，用對BZ和BE影響顯著的窯速(KS)，喂煤電機(jī)轉(zhuǎn)速(CS)(與喂煤量成比例)及時窯內(nèi)通風(fēng)及溫度場影響頗大的下料量(ID)為控制量的控制方案。本方案可應(yīng)用推理合成法，根據(jù)水泥回轉(zhuǎn)窯的實測輸入輸出數(shù)據(jù)辨識其模糊控制規(guī)則。這與設(shè)計基本模糊控制器時的作法相同。(3) 綜合雙輸入單輸出控制規(guī)則,及最終獲得基于m組實測輸入輸出數(shù)據(jù)對建立的水泥回轉(zhuǎn)窯模糊模型。設(shè)模糊推理的輸出為模糊量，如果存在，并且使：()重心解模糊化(Center of Gravity Defuzzification)：此法是最常用也是合理的。第4章 水泥回轉(zhuǎn)窯溫度模糊控制的仿真 MATLAB的概況MATLAB是矩陣實驗室(Matrix　Laboratory)之意[25]。 ，所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件，用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包。利用鼠標(biāo)可直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進(jìn)行仿真。MATLAB的SIMULINK子庫是一個建模、分析各種物理和數(shù)學(xué)系統(tǒng)的軟件，它用框圖表示系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，用帶方向的連線表示各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系。“Fuzzy Controller with Ruleviewer”模塊為FIS模塊。結(jié) 論本課題主要研究了水泥回轉(zhuǎn)窯溫度控制系統(tǒng)，對這種無法建立精確數(shù)學(xué)模型的非線性時變系統(tǒng)，采用模糊控制方法。當(dāng)然，該系統(tǒng)還存在不足仿真時效果并不是很理想，超調(diào)還是比較大，響應(yīng)速度較慢等。水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程中采用現(xiàn)場總線技術(shù)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，建立Lonworks智能節(jié)點的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溫度控制系統(tǒng)，實時模糊專家控制系等也是該系統(tǒng)控制的