【正文】 s C1； R2： If x is A2 and y is B2 Then z is C2； 則對(duì)于模糊控制規(guī)則有推理強(qiáng)度 1? 和 2? )()( 111 xx BA ? ???? ； )()( 222 xx BA ? ???? ； 第三步，前件部隸屬度與后件部隸屬度函數(shù)進(jìn)行 MIN運(yùn)算，得到 各規(guī)則的結(jié)論。 模糊決策 模糊決策也叫模糊推理。 (3)模糊量化處理 將精確量轉(zhuǎn)化為模糊量的過(guò)程稱為模糊化。假設(shè)隸屬函數(shù) ??Ax 是連續(xù)可微的，則可用微分的方法計(jì)算 A 。比如可分 “真 ”、 “大致真 ”、 “似真似假 ”、 “大致假 ”、 “假 ”五種選擇，并且將其分別與 、 、 和 0 對(duì)應(yīng)。實(shí)踐表明，一般取 3～ 9 個(gè)為宜，并通常取奇數(shù)個(gè)，在 “零 ”、 “適中 ”、或中國(guó)民航 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 者 “正常 ”集合的兩邊語(yǔ)言值通常對(duì)稱取。但在一般情況下，這個(gè)函數(shù)卻無(wú)法直接得到，而必須經(jīng)過(guò)一些調(diào)查實(shí)驗(yàn)。但是若用某種裝置來(lái)代替人來(lái)進(jìn)行控制時(shí)，因?yàn)檠b置是不會(huì)思維的，因此這種模糊量與精確量的轉(zhuǎn)化過(guò)程是必不可少的。首先，人們憑借眼睛 、耳朵等傳感器官，得到一些有關(guān)輸出量和輸出量變化率的模糊信息。 (2)對(duì)于有一定操作經(jīng)驗(yàn)、而不是控制專業(yè)的工作者來(lái)說(shuō)，模糊控制方法易于掌握。 1982 年 日本大阪水泥窯生產(chǎn)線成功地應(yīng)用了模糊控制器。最早取得應(yīng)用成果的是英國(guó)倫敦大學(xué)的教授 ，他在 1974 年首先利用模糊語(yǔ)句組成的模糊控制器，對(duì)鍋爐和汽輪機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行控制，并在實(shí)驗(yàn)室中獲得成功。 模糊控制技術(shù)不僅能處理精確的信息，也能處理模糊信息和其他不明確的信中國(guó)民航 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 息，能 實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確性聯(lián)想和映射。水泥生產(chǎn)是復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，系統(tǒng)工況復(fù)雜多變。 分解爐溫度控制的研究現(xiàn)狀 在現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)過(guò)程中，自動(dòng)化占據(jù)著重 要的位置。 Prepol ASMSC 分解爐是在 AS 型分解爐 的 基礎(chǔ)上，為降低窯系統(tǒng) NOx 排放而研究出來(lái)的。 窯內(nèi)生料分解率較高。 Pyrotop 型分解爐是在 PyroclonRLow NOx 分解爐 的 基礎(chǔ)上改制而成，在RLow NOx 分解爐鵝頸頂部增設(shè)一個(gè) Pyrotop 混合室，使?fàn)t內(nèi)上行的料氣流至鵝頸頂部中國(guó)民航 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 時(shí)，從混合室筒體下部切線方向渦旋入室，使較粗的物料及燃料顆粒分離，較細(xì)顆粒隨氣流從圓筒體上部排除，繼續(xù)經(jīng)分解爐下行煙道進(jìn)入最下一級(jí)旋風(fēng)筒。燃料只向分解爐下部噴入。 圖 17 洪堡公司 Pyroclon分解爐系列 Pyroclon 是 Pyro 和 Cyclon 的合成，即供燃料燃燒旋風(fēng)裝置。另外生料在爐內(nèi)分解率達(dá)到50%～ 60%后，通過(guò)斜煙道進(jìn)入窯尾 的 上升煙道底部，再利用窯 廢 氣過(guò)剩氧使燃料繼續(xù)燃燒，同時(shí)使生料分解率提高到 90%以上。 圖 15 MFC分解爐結(jié)構(gòu)圖 流態(tài)化噴嘴如圖 16 所示，它用耐熱鋼制成，安裝在爐體底部 流化床的底板上， 噴嘴間距 200～ 220mm。此后， MFC分解爐得到不斷發(fā)展，經(jīng)過(guò)兩次重大的改進(jìn)。 圓筒式分解爐 圓筒式分解爐是把旋風(fēng)預(yù)熱器窯尾煙道擴(kuò)大成筒形 ， 并加把火形成分解爐。 圖 11 1970～ 1980年預(yù)分解窯發(fā)展趨勢(shì) 由 圖 11可以看出，世界各國(guó) 1971～ 1972年僅是預(yù)分解窯試驗(yàn)階段，而在 1973～ 1977年是發(fā)展階段，每年建設(shè)預(yù)分解窯僅 10～ 40臺(tái)，在 1978年以后，預(yù)分解窯技術(shù)日趨成熟，每年增加預(yù)分解窯達(dá)到 30～ 40臺(tái)之多。這就對(duì)水泥生產(chǎn)行業(yè)提出了更高的要求，要求窯的 產(chǎn)量 不斷增多，要求 出現(xiàn) 新的水泥生產(chǎn)技術(shù)能夠跟 得 上水泥的 日益 消耗。因此，利用模糊控制技術(shù)對(duì)分解爐的溫度進(jìn)行控制具有重要的科學(xué)意義和廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，分解爐 是一個(gè)耗能設(shè)備，大量消耗 煤炭 資源。而模糊控制是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量 和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)。我國(guó)大力發(fā)展的新型干法窯外分解水泥生產(chǎn)技術(shù)就是在預(yù)熱器和回轉(zhuǎn) 窯之間增設(shè)分解爐。如果溫度過(guò)高，會(huì)造成預(yù)熱器堵塞；如果溫度太低，則導(dǎo)致碳酸鹽分解不充分，增加了回轉(zhuǎn)窯的負(fù)荷，同時(shí)，使生產(chǎn)出來(lái)的水泥在應(yīng)用中水解緩慢，嚴(yán)重影響建筑質(zhì)量。中國(guó)民航 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 第 1 章 緒論 課題研究的背景和意義 隨著大型建筑的不斷增多，以及建筑速度的快速化發(fā)展，人們對(duì)水泥的需求量越來(lái)越多，對(duì)水泥生產(chǎn)提出的要求也越來(lái)越高 。因此，往往采用傳統(tǒng)的控制方法，包括基于現(xiàn)代控制理論的控制方法，不如一個(gè)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的操作人員用手動(dòng)進(jìn)行控制的效果好。而在溫度較低的分解帶，使生料懸浮在窯廢氣中，它們之間進(jìn)行熱交換更劇烈，熱交換效率更高。 1976 年 7 月日本神戶制鋼和日本水泥公司先建 500t/d 的分解實(shí)驗(yàn)室，在 1978 年在上磯建成 3600t/d 的 DD 預(yù)分解窯。由表 11可以看出，分解爐中國(guó)民航 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)格小于 2021t/d的小型分解爐臺(tái)數(shù)僅占總臺(tái)數(shù) 29%，而產(chǎn)量?jī)H占總產(chǎn)量 14%。 圖 12 SF分解爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 中國(guó)民航 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 由圖 12可 知， SF爐 的 上部 是 圓柱體，下部是錐 體 ， 三次風(fēng)從最下部 切向吹入，同下部窯尾排除廢氣混合，以旋流方式進(jìn)入分解爐內(nèi)， 3個(gè)噴油嘴和旋風(fēng)筒卸出生料 ，入爐喂料口都設(shè)在分解爐頂部， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。由圖可以了解到，原始型 MFC分解爐高徑比 (H/D)較小，近似于 1改進(jìn)型 MFC爐主要是把高徑比增大到 。因而造成流化空氣和三次空氣比高于 3∶ 7，故一方面使通過(guò)的三次空氣回收熱量減少，造成整個(gè)分解 系統(tǒng)熱耗增高。 將全部生料喂入爐內(nèi)，形成穩(wěn)定流化層。 PyroclonR 型分解爐和PyroclonS 型分解爐的區(qū)別是它用單獨(dú)三次風(fēng)管供應(yīng)三次風(fēng)。 圖 18 PyroclonRP 工藝系統(tǒng) PyroclonRLow NOx 分解爐是在 R 型分解爐 的 基礎(chǔ)上改進(jìn)，原理如圖 19 所示。而且操作穩(wěn)定，設(shè)備簡(jiǎn)單，生料分解率高。同時(shí)窯尾排風(fēng)機(jī)因有三次風(fēng)管，為平衡三次風(fēng)管與窯尾的風(fēng)量要設(shè)調(diào)整風(fēng)量閥門，窯尾加縮口，故通風(fēng)阻力較大，使窯尾排風(fēng)機(jī)電耗加大。 圖 111 伯力鳩斯多級(jí)燃燒降低 NOx 系統(tǒng) 由圖 111 可 知，先在第一級(jí)要采取措施減少窯內(nèi) NOx 生成，方法是采用低 NOx 燃料噴嘴，產(chǎn)生更均勻的火焰，使其最高點(diǎn)溫度更低。歷經(jīng)多年的發(fā)展和完善，水泥分解爐溫度控制問(wèn)題的研究已經(jīng)取得了一定的成果 [5]。作為一種智能控制技術(shù) ，與常規(guī) PID 控制技術(shù)相比，模糊控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于： (1)模糊控制是完全在操作人員控制經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，無(wú) 需 建立精確的數(shù)學(xué)模型，是解決不確定性系統(tǒng)的一種有效途徑。模糊邏輯 既 不是二 值 邏輯 ——非此即彼的推理，它也不是傳統(tǒng)意義的多值邏輯，而是在承認(rèn)事物隸屬真值中間過(guò)渡性的同時(shí)，還認(rèn)為事物在形態(tài)和類屬方面具有 亦此亦彼性、模棱兩可性 ——模糊性。 1976 年英國(guó)學(xué)者 用模糊控制對(duì)壓力容器內(nèi)部的 壓力和液面進(jìn)行控制，隨后發(fā)表的多篇論文，對(duì)模糊控制的應(yīng)用和發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。 我國(guó)模糊控制理論及應(yīng)用方面的研究始于 1976 年，主要集中在高等院校和研究所。 (5)模糊工程的計(jì)算方法 雖然是運(yùn)用模糊集合理論進(jìn)行的模糊算法，但最后得到的是確定性的、定量的條件語(yǔ)句。我們可以將操作者的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)成若干條規(guī)則，經(jīng)過(guò)一定的數(shù)學(xué)處理，存放在計(jì)算機(jī)中，這些規(guī)則成為模糊控制規(guī)則。當(dāng)為精確量輸入時(shí)，必須對(duì)輸入變量進(jìn)行模糊化處理。 定理 設(shè) A 為實(shí)數(shù)域中的模糊集合，則 A 為凸模糊集合的充分必要條件是：對(duì)于任意? ?0,1?? ，非空的截集 A? 均為區(qū)間數(shù)。此外，隸屬函數(shù)由中心值向兩邊模糊延伸的范圍也有一定的限制，間隔的兩個(gè)模糊集合的隸屬函數(shù)盡量不相交重疊。源于 1976年。例如，對(duì)于在 “人 ”論域中考慮 “聰明 ”模糊集合 A ，若 1x 較 2x 聰明，則規(guī)定 ? ? ? ?12A x A x? 。如果精確量 x 的實(shí)際變化范圍為 ? ?,ab ，將 ? ?,ab 區(qū)間的精確量轉(zhuǎn)換為 ? ?min,max 區(qū)間變化的變量 y ，采用如下公式 ? ?m a x m in [ ( ) / ] / ( )y x a b a b a? ? ? ? ? (21) 如果由上式計(jì)算的 y 值不是整數(shù)，可以把它歸入最接近于 y 的整數(shù)。但是在客觀世界中很多問(wèn)題是具有模糊性的，傳統(tǒng)的形式邏輯和近代的數(shù)理邏輯都無(wú)法解決這類問(wèn)題。模糊控制器的輸出是一個(gè)模糊量，這個(gè)模糊量不能用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 按最大隸屬度原則取得的判決結(jié)果為 4u? (2)加權(quán)平均法。但當(dāng)煤粉增量超過(guò)一定限量時(shí)，反而會(huì)影響分解爐內(nèi)的反應(yīng)，導(dǎo)致分解爐溫度降低。 模糊控制模型 影響分解爐溫度的 主要 因素有煤粉流量、生料流量和三次風(fēng)量 ， 而且 彼此 之間存在耦合 ，且 是 非 線性的 。當(dāng)喂煤量過(guò)多時(shí)，分解爐的溫度偏高，檢測(cè)裝置即將此信號(hào)反饋回輸入通道，使喂煤滑差控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速減慢，反之，使喂煤滑差控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速加快。 故 可得到 EC 的隸屬度函數(shù)曲線如圖 33所示。 模糊控制規(guī)則實(shí)際上是表現(xiàn)輸出變量和輸入變化及輸入變化偏差關(guān)系的一個(gè)矩陣，叫做模糊關(guān)系矩陣。 圖 34 控制系統(tǒng)仿真圖 圖 35 PID 控制系統(tǒng)輸出波形 中國(guó)民航 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 圖 36 模糊控制系統(tǒng)輸出波形 中國(guó)民航 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 結(jié) 論 隨著水泥裝備向大型化發(fā)展的需要，以預(yù)分解技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)的水泥生產(chǎn)方式是當(dāng)前我國(guó)水泥工業(yè)的發(fā)展方向。為今后的學(xué)習(xí)和工作打下了一定的基礎(chǔ)。最后，將模糊控制技術(shù)應(yīng)用到水泥分解爐溫度控制中，實(shí)現(xiàn) 了 對(duì)分解爐溫度的自動(dòng)控制。 圖 35 為 PID 控制 系統(tǒng)輸出波形 ， 圖 36 為 模糊控制系統(tǒng)輸出波形 。其一，根據(jù)工藝操作規(guī)程及對(duì)操作人員經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，抽取相應(yīng)的模糊規(guī)則。 常見(jiàn)的模 糊分布一般有三種隸屬度函數(shù)曲線，即三角形型、梯形型和正態(tài)型，為 方便起見(jiàn)， 隸屬度函數(shù)采用三角形函數(shù)， 其表達(dá)式為 當(dāng) [ 5,5]E?? 時(shí)， 1 5E E? ?? ， 50E? ? ? 1 5E E? ?? ， 05E?? 當(dāng) [0,15]E? 時(shí)， 5E E? ? ， 05E?? 中國(guó)民航 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 10E E? ??， 5 15E?? 當(dāng) [5,30]E? 時(shí)， 10E E? ?? ? ， 5 15E?? 2 15E E? ?? ， 15 30E?? 當(dāng) [15,50]E? 時(shí)， 1 15E E? ?? ? ， 15 30E?? 20E E? ??， 30 50E?? 當(dāng) [30, ]E??時(shí)， 20E E? ?? ? ， 30 50E?? 1E?? ， 50E? E? 關(guān)于 0E? 對(duì)稱， 如果 E 同時(shí)處于兩段函數(shù)表示時(shí)， 以它取較大的隸屬度為準(zhǔn)。輸入分解爐溫度偏差及其偏差變化到模糊控制器。 三次風(fēng)量的影響：入分解爐的三次風(fēng)大部分來(lái)自篦冷機(jī)，溫度一般在 850℃ ～ 900℃左右，隨窯頭罩的溫度變化而變化，壓力一般為 800～ 1200Pa。與第一種方法相比，該方法綜合地考慮了各個(gè)點(diǎn)上的情況，充分的利用了模糊子集提供的信息量，但計(jì)算復(fù)雜，尤其是計(jì)算連續(xù)隸屬函數(shù)時(shí)，需要解積分方程，工作比較麻煩，因此應(yīng)用較少。它是從模糊空間到清晰空間的一種映射，該映射稱為判決。 第二步，當(dāng)有多個(gè)輸入量時(shí)，同一規(guī)則中 (對(duì)于 AND)取輸入量隸屬度最小 值作為前件部的隸屬度 (即規(guī)則的強(qiáng)度 )。在語(yǔ)言中， A 通常表示給定量與輸出量之差 E=RY(R 是輸入量，即給定量， Y 是輸出量 )， B 通常是用來(lái)表示誤差的變化率。從給定的一系列模糊函數(shù)解析式選擇出合適的函數(shù)作為自己的模糊函數(shù)。它根據(jù)微積分的理論來(lái)確定隸屬函數(shù)。當(dāng)考慮 “年齡為 N 是否為年輕人 ”時(shí)，可以從若干個(gè)語(yǔ)言真值中進(jìn)行選擇。如果描述變量的語(yǔ)言值 的太少，則其系統(tǒng)的響應(yīng)可能會(huì)不太敏感，并可能無(wú)法及時(shí)提供輸出控制跟隨小的輸入變化，以使系統(tǒng)的輸出在期望值附近振蕩。在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，首要問(wèn)題是確定隸屬函數(shù)。顯然，人們?cè)趯?duì)工業(yè)過(guò)程進(jìn)行控制時(shí)，無(wú)論是將精確量轉(zhuǎn)化為模糊量，或反之，將模糊量轉(zhuǎn)化為精確量的過(guò)程，是人 們憑自己的本能不知不覺(jué)地完成的。我們來(lái)分析一個(gè)操作者對(duì)一個(gè)工業(yè)過(guò)程的控制。這是因?yàn)閷?duì)于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，模糊控制具有一系列傳統(tǒng)控制無(wú)法與之比擬的優(yōu)點(diǎn)： (1)用語(yǔ)言方法，不需要掌握過(guò)程的精確數(shù)學(xué)模型。 1980 年 丹麥的 公司研制的模糊邏輯計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)控 制系統(tǒng)最早被應(yīng)用于水泥窯生產(chǎn)過(guò)程的控制。模糊集合理論的誕生，為處理客觀上存在的一類模糊性問(wèn)題，提供了強(qiáng)有力的工具，同時(shí)也適應(yīng)了自適應(yīng)科學(xué)發(fā)展的急迫需要 [7]。 根據(jù)水泥工藝要求，物料在分解爐內(nèi)的分解率應(yīng)達(dá)到 80%～ 90%，由于分解反應(yīng)過(guò)程中需要吸收大量的熱量，因此保持分解爐內(nèi)的 溫度對(duì)提高生料分解率、穩(wěn)定熟料質(zhì)量至關(guān)重要。且常規(guī)的 PID 控制器對(duì)于較大純滯后的工業(yè)對(duì)象，常常不能妥善地解決穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性與快速性之間的矛盾。就是