定稿基于模糊控制的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)
2024-12-16 02:31 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 控制器，在模糊控制理論中，模糊控制系統(tǒng)的不同之處就是便是是利用基于模糊控制的知識表達(dá)和規(guī)則推理的語言型“模糊控制器”。模糊控制器的作用有三個：模糊推理、非模糊化處理、模糊量化處理。 （ 2）輸入 — 輸出接口。模糊控制器通過 I/O 接口從被控對象獲得數(shù)字 信號量，并將模糊控制器決策出的輸出數(shù)字信號經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換，再送給被控對象。 （ 3）被控對象。 它可以是一種設(shè)備或裝置以及它們的群體，也可以是一個 生產(chǎn)的、自然的、社會的、生物的或其他的各種的對象過程。而對于那些難以建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜對象，更適合采用模糊控制。 （ 4）執(zhí)行結(jié)構(gòu)。包括各種交、直流電動機、伺服電動機、步進(jìn)電動機等。 （ 5）檢測裝置。即傳感器，傳感器是將被控對象或各種過程的被測量轉(zhuǎn)化 為電信號的一類裝置。被測量通常是非電量。傳感器的精度往往直接決定整個模糊控制系統(tǒng)的精度，因此，傳感器在模糊控制系統(tǒng)中具有很重要的作用。在選擇傳感器時，注意要選擇精度高且穩(wěn)定性好的傳感器。 昌吉學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 模糊 控制的基本原理 模糊控制的基本原理如圖 22 所示，它的重要組成部分為模糊控制器，也就是圖中虛線內(nèi)部。 計 算 控制 變 量模 糊 化模 糊 控制 規(guī) 則模 糊 推理 （ 決策 ）F C?? ?ts解 模 糊D / A執(zhí) 行 機構(gòu)被 控 對象傳 感 器A / De 圖 22 模糊控制原理框圖 模糊控制器的控制規(guī)律是利用計算機的程序?qū)崿F(xiàn)的，模糊控制的基本原理是：計算機經(jīng)中斷采樣獲得被控制量的精確值，然后將此量和給定值比較后得到偏差信號 e。通常選偏差信號 e 作為模糊控制器的一個輸入量，把偏差信號 e 的精確量進(jìn)行模糊化變成模糊量，偏差 e 的模糊量用相應(yīng)的模糊語言表示，獲得偏差 e 的模糊語言集合的一個子集。再 由模糊子集、模糊控制規(guī)則和前項推理進(jìn)行模糊推理，得到模糊控制量為 Re??u ，式中 u 是一個模糊量。 若要對被控對象進(jìn)行精準(zhǔn)控制，還要將模糊量 u 轉(zhuǎn)換為精確量，這一步叫做模糊化。有了精確的數(shù)字控制量后，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換變成精準(zhǔn)的模擬量傳給執(zhí)行機構(gòu)，對被控對象進(jìn)一步控制。繼而中斷，等待第二次采樣，進(jìn)行第二步控制，像這樣循環(huán)下去，就實現(xiàn)了被控對象的模糊控制。由上所述，模糊控制過程可分為如下四個步驟： （ 1）依據(jù)此次采樣獲得的系統(tǒng)的輸出值，計算選擇系統(tǒng)的輸入變量； （ 2）將輸入變 量的精確值變?yōu)槟：浚? （ 3）按照輸入變量及模糊控制規(guī)則，利用模糊推理合成規(guī)則推理計算輸出控 制量； （ 4）有以上獲得的控制量，作用于執(zhí)行機構(gòu)。 基于模糊控制的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 6 模糊控制器設(shè)計 模糊集合理論和模糊邏輯是模糊控制的基礎(chǔ)，其中模糊邏輯用來模仿人的思維對那些復(fù)雜系統(tǒng)和不能建立數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)實現(xiàn)控制的。模糊控制器的結(jié)構(gòu)主要由三大部分組成：模糊化接口、模糊邏輯推理機和解模糊接口 [8]。圖 23 為模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)。 模糊控制器的流程示意圖如圖 24，在模糊控制系統(tǒng)中，模糊控制器是全部控制系統(tǒng)的核心 ，它的硬件結(jié)構(gòu)與一般數(shù)字控制器一樣，因此 ,模糊控制器的設(shè)計實際上是設(shè)計模糊控制算法。根據(jù)模糊控制原理，按以下步驟來設(shè)計模糊控制器 [9]： （ 1）確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)即依據(jù)具體的系統(tǒng)確定其輸入、輸出變量。 （ 2）輸入、輸出變量的模糊化就是把輸入、輸出的精確量轉(zhuǎn)變?yōu)閷?yīng)的語言變量的模糊集合。 （ 3）模糊推理決策算法的設(shè)計就是根據(jù)模糊控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理，并決策出輸出模糊量。對輸出模糊量進(jìn)行解模糊判決，也就是通過解模糊方法完成從模糊量到精確量的轉(zhuǎn)化 ,實現(xiàn)對被控對象的控制。 根據(jù)以上的步驟，在實際應(yīng)用中，一 般是跟據(jù)實際系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)待性的要求，盡可能地簡化算法，努力地提高模糊控制器的實時性和自適應(yīng)能力。 隸 屬 函 數(shù) 更 新規(guī) 則 更 新 狀 態(tài) 信 息規(guī) 則 庫 數(shù) 據(jù) 庫模 糊 決 策 邏 輯模 擬 器被 控 系 統(tǒng)解 模 糊接 口解 模 化接 口 知 識 庫 模 糊 推 理 機 控 制 狀 態(tài) 隸 屬 函 數(shù) 模 糊 規(guī) 則 測 量 值過 程 輸 出 狀 態(tài)實 際 控 制 操 作 量 圖 23 模糊控制器基本結(jié)構(gòu) 昌吉學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 系統(tǒng)分析確定輸入、輸出物理量確定模糊控制器結(jié)構(gòu)確定戶模糊子集錄屬函建立模糊控制規(guī)則進(jìn)行模擬或仿真達(dá) 標(biāo) 否調(diào)整參數(shù)設(shè) 計 結(jié) 束NY 圖 24 設(shè)計模糊控制器的主要流程示意圖 基于模糊控制的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計 8 3 工業(yè)電阻爐模糊控制設(shè)計 系統(tǒng)介紹 工業(yè)電阻爐是一類具有嚴(yán)重的非線性、大慣性、以及非線性的工業(yè)被控對象。 電阻爐溫模糊控制器設(shè)計 我們知道了電阻爐溫模糊控制器的特點，采用 二維模糊控制器。模糊控制器的輸入信號為電阻爐溫度的偏差 e 和偏差變化率 ?e 。其中，偏差 e 就是實際測得的爐溫和爐溫設(shè)定值的差，偏差變化率 ?e 可以測得實際的爐溫變化速度以及變化方向，輸出 u 是控制電壓的增加量，因而就組成了模糊控制的基本結(jié)構(gòu)。 （ 1） 各變量的模糊子集 設(shè) E 為爐溫偏差、 EC為爐溫偏差變化率， U 為加熱電壓增量的變化范圍。 設(shè) e 的模糊論域為 ?? 65432100123456 ，，，，，，，?E ?e 的模糊論域為 ?? 6,5,4,3,2,01,0123456 ，，，，?EC u 模糊論域為 ?? 76,5,4,3,2,01,01234567 ，，，，，?U 在論域 E 上定義 8 個模糊子集分別對應(yīng) 8 個語言變量： PB(正大 )， PM(正中 )， PS(正小 )， PO(正零 ) NO(負(fù)零 )， NS(負(fù)小 )， NM(負(fù)中 )， NB(負(fù)大 ) 在論域 EC 和 U 上定義 7 個模糊子集分別對應(yīng) 7 個語言變量： PB(正大 )， PM(正中 )， PS(正小 )， O(零 ) NS(負(fù)小 )， NM(負(fù)中 )， NB(負(fù)大 ) 總結(jié)出 e,?e 和 u 的模糊集的隸屬
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