【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 疊。 (2)確定隸屬函數(shù)的方法 ① 例證法。這是 在 1972 年首先提出的方法，其主要思想是：從已知的有限 個(gè) 隸屬值 ??Ax 中來(lái)估計(jì)論域 X 上的模糊集合 A 的隸屬函數(shù) ? ?A x? 。例如，在 “年齡 ”論域中建立 “年輕人 ”的模糊集合 A 的隸屬函數(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。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)。當(dāng)年齡取不同值時(shí)，便可得到 ??Ax 的離散表示。 ② 模糊統(tǒng)計(jì)法。源于 1976年。在某些情況下，隸屬函數(shù)可以用統(tǒng)計(jì)方法確定。 ③ 蘊(yùn)涵解析定義法。 1976年提出的一種方法。它根據(jù)微積分的理論來(lái)確定隸屬函數(shù)。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 。 ④ 二元對(duì)比法。采用對(duì)比的方法確定隸屬值。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? 。 ⑤ 三分法。類似于模糊統(tǒng)計(jì)法，也是用隨機(jī) 區(qū)間的思想來(lái)處理模糊性的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀? ⑥ 模糊分布法。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)。 (3)模糊量化處理 將精確量轉(zhuǎn)化為模糊量的過程稱為模糊化。應(yīng)用過程中，一般采用以下兩種方法來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)模糊化。 方法 1：精確量離散化。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)。 中國(guó)民航 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 17 方法 2：當(dāng) X 為隨機(jī)變量時(shí)，可將 X 的隸屬度取為等腰三角形 ，其中，等腰三角形的高度為 1，底邊寬度為 ?2 ， ? 表示隨機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)差，如圖 22(b)所示。 (a) (b) 圖 22 模糊化曲線 控制規(guī)則的構(gòu)成 模糊控制規(guī)則實(shí)質(zhì)上就是人們?cè)诳刂七^程中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，它們可用下列語(yǔ)言形式來(lái)表示。 (1)“如 A則 B”型，寫成 If A then B (2)“如 A則 B否則 C”型，寫成 If A then B else C (3)“如 A且 B則 C”型，寫成 If A and B then C 在實(shí)際的模糊控制中，最常用到的是第三種語(yǔ)言形式。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。 模糊決策 模糊決策也叫模糊推理。決策是在人們生活和工作中普遍存在的一種活動(dòng)，是為解決當(dāng)前或未來(lái)可能發(fā)生的問題而選擇的最佳方案的過程。數(shù)理邏輯給出了精確推理的嚴(yán)格方法。但是在客觀世界中很多問題是具有模糊性的，傳統(tǒng)的形式邏輯和近代的數(shù)理邏輯都無(wú)法解決這類問題。解決模糊性問題需要用模糊推理。在實(shí)際應(yīng)用中，采用IF ….THEN…. 模糊規(guī)則來(lái)表示控制器輸入與輸出關(guān)系： If x is A and y is B Then z is C 式中， A、 B和 C是語(yǔ)言值，分別由 X、 Y和 Z中模糊集合所確定， “x is A and y is B”通常中國(guó)民航 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 稱為前提或前件 ， “z is C”叫做結(jié)論或后件 ， 即輸入變量 X的模糊度為 A，輸入變量 y的模糊度為 B，則輸出變量 Z的模糊度為 C。 模糊推理采用 Mamdani推理時(shí)，主要步驟是： 第一步，分別求出輸人量的隸屬度即模糊化。 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 )。 例如，設(shè)有模糊控制規(guī)則 R1： If x is A1 and y is B1 Then z is 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。對(duì)于第 i 條控制規(guī)則，則有控制量 )()( zizi CiC ? ?? ??? 其中， i =1， 2 第四步，對(duì)所有規(guī)則的結(jié)論取 MAX 運(yùn)算，得到模糊推理的結(jié)果。即 ))(())(()()()( 221121 zzzzz CCCCC ????? ???? ???? ?? 逆模糊化處理 逆模糊量化實(shí)際上是將一個(gè)模糊量轉(zhuǎn)化為精確量的過程。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)。因?yàn)樽鳛橐粋€(gè)控制系統(tǒng)，最終還是要產(chǎn)生一個(gè)確定的精確量 信號(hào)，并以此推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)受控對(duì)象的控制。由于模糊推理結(jié)果的輸出是模糊集合，用語(yǔ)言變量表示。因此模糊控制器最后必須進(jìn)行反模糊化處理，它包含兩個(gè)內(nèi)容 ， 首先將全部被激活的模糊規(guī)則組合輸出，然后將其變換為精確的可執(zhí)行量。它是從模糊空間到清晰空間的一種映射，該映射稱為判決。一般而言，逆模糊化有以下三種方法： (1)最大隸屬度法。這個(gè)方法是在輸出模糊集合中選取隸屬度最大的論域元素為判決結(jié)果。例如，若 / 2 / 3 1 / 4 / 5 / 6u ? ? ? ? ? 式中 ， 斜杠 “/”上方表示隸屬度，斜杠下方表示模糊集合中的 元素，它們各項(xiàng)之間不是分中國(guó)民航 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 數(shù)相加關(guān)系，而是表示隸屬度與元素間關(guān)系的一種記法。 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。判決結(jié)果 U由下式?jīng)Q定： ? ?( / ) /kku u i u i??? ?? (22) 式中， ()ui? 表示隸屬度。 例如，若 / 2 / 3 1 / 4 / 5 / 6u ? ? ? ? ? 則 ( / 2 / 3 1 / 4 / 5 / 6) / ( 1 )u ? ? ? ? ? ? ? ? ? (3)取中位數(shù)法。對(duì)于已知的模糊子集 (由模糊合成關(guān)系得到的 )，求得對(duì)應(yīng)的隸屬函數(shù)曲線，計(jì)算出該隸屬函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)所圍成的面積，再除以 2，將所得到的平分結(jié)果作為控制量。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。中國(guó)民航 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 第 3 章 模糊控制技術(shù)在分解爐溫度控制中的應(yīng)用 影響分解爐溫度的 主要 因素 分解爐的工作原理是使燃料燃燒的 放熱過程和生態(tài)碳酸鹽分解的吸熱過程在其中以懸浮狀態(tài)極其迅速地進(jìn)行，使生料達(dá)到較高的分解率，從而提高窯的產(chǎn)量和熟料的質(zhì)量。通過以往工作人員的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和改進(jìn)分解爐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，可以發(fā)現(xiàn)影響分解爐參數(shù)時(shí)變的 主要 因素有煤粉流量、生料流量及三次風(fēng)量 [8]。 煤粉流量的影響：增加煤粉流量，則增加了分解爐的煤粉流量，加劇分解爐反應(yīng)，使溫度升高。但當(dāng)煤粉增量超過一定限量時(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。 生料流量的影響：增加生料流量，將增加分解爐內(nèi)反應(yīng)物料數(shù)量，使?fàn)t溫升高；當(dāng)生料增大到一定程度后，由于物料未能 充分反應(yīng)，爐溫反而下降。應(yīng)該讓入窯生料流量和入分解爐煤粉流量之間維持一定比例關(guān)系，以便進(jìn)行充分反應(yīng)。由操作經(jīng)驗(yàn) 可 知，生料喂料量的波動(dòng)和改變?cè)?5分鐘左右會(huì)到達(dá)分解爐，當(dāng)生料增加時(shí)，分解爐溫度很快降低，所以需要在生料流量波峰到達(dá)之前增加喂煤量；當(dāng)生料減少時(shí)，分解爐溫度很快升高，所以需要在生料流量波谷到達(dá)之前減小喂煤量。 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。三次風(fēng)溫高或風(fēng)量大都會(huì)使分解爐中的物料溫度升高。 基 于上述分析，只有這三個(gè)量值保持最佳的配比關(guān)系，分解爐的溫度才會(huì)穩(wěn)定在預(yù)期的范圍內(nèi)。 此外，影響分解爐溫度的非關(guān)鍵因素還有三次風(fēng)風(fēng)溫、煤粉的成分、生料的成分、生料入爐前的溫度、分解爐 的 出口氣體的溫度和環(huán)境因素等等。 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 。其中， 生料流量 對(duì)于 分解爐溫度 的影響 是不可控制量，可與其它非關(guān)鍵因素一起作為干擾處理。針對(duì) 這 種情況，本文設(shè)計(jì)一個(gè)雙輸入單輸出的模糊控制器，來(lái)實(shí)現(xiàn)分解爐溫度 的 控制。 模糊控制 模型的建立 分解爐溫度模糊控制模型 如圖 31所示。輸入分解爐溫度偏差及其偏差變化到模糊控制器。生料流量在傳送過程中，可通過流量傳感器感受其與預(yù)期的偏差，然后再經(jīng)修中國(guó)民航 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 正裝置進(jìn)行補(bǔ)償。在分解爐三次風(fēng)入口處可安裝壓力傳感器和溫度傳感器，當(dāng)感受到風(fēng)溫或風(fēng)壓與預(yù)期的有所偏差時(shí)，即可通過修正裝置進(jìn)行補(bǔ)償。由模糊控制器和修正機(jī)構(gòu)出來(lái)的指令傳送至喂煤滑差控制電機(jī)處，控制喂煤量。當(dāng)喂煤量過多時(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。這樣就將分解爐的 溫度控制在一個(gè)比較理想的溫度范圍內(nèi)。 模 糊控 制生 料下 料 量三 次風(fēng) 溫三 次風(fēng) 壓 喂 煤增 量 △ n溫 度偏 差 Ed e/ d t檢 測(cè) 裝 置分解爐系統(tǒng)修正算法溫 度設(shè) 定溫 度 偏 差變 化 E C 圖 31 分解爐溫度模糊控制模型 模糊量化處理 輸入變量為分解爐溫度偏差 E 和溫度偏差變化 EC ，輸出變量為喂煤增量 n? 。 通過對(duì)某 5000t/d水泥廠新型干法窯的月數(shù)據(jù)報(bào)表分析，可將分解爐溫度偏差 E 的實(shí)際范圍 設(shè)為 [50℃ ， 50℃ ]，模糊子集為 {負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，負(fù)零，零，正零，正小，正中，正大 }，記為 {NB， NM， NS， NZ， ZO， PZ， PS， PM， PB}，值為 {50， 30， 15， 5， 0，5， 15， 30， 50}。 常見的模 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， 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)。 故 可得到 E 的隸屬度函數(shù)曲線如圖 32所示。 020406080100第一季度 第三季度東部西部北部 圖 32 E 的隸屬度函數(shù) 中國(guó)民航 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 溫度偏差變化 EC 的實(shí)際范圍可 設(shè) 為 [25℃ ， 25℃ ]，模糊子集為 {負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大 }，記為 {NB， NS， ZO， PS， PB}， 值為 {25,10,0,10,25}。 隸屬度函數(shù)采用三角形函數(shù)， 其表達(dá)式為 當(dāng) [ 10,10]EC?? 時(shí)， 1 10EC EC? ?? ? ， 10 0EC? ? ? 1 10EC EC? ?? ， 0 10EC?? 當(dāng) [0,25]EC? 時(shí)， 10EC EC? ? ， 0 10EC?? 53 15EC EC? ?? ， 10 25EC?? EC? 關(guān)于 0EC? 對(duì)稱，如果 EC 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)。 故 可得到 EC 的隸屬度函數(shù)曲線如圖 33所示。 圖 33 EC 的隸屬度函數(shù) 輸出變量 n? 的論域?yàn)?[15%， 15%]，模糊子集 為 {負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大 }，記為 {NB， NM， NS， ZO， PS， PM， PB}，值為 {15， 10， 5， 0， 5，10， 15}，其中，喂煤增量的輸出以百分?jǐn)?shù)形式表示，喂煤增量由喂煤滑差 控制 電機(jī)控制。即當(dāng)喂煤 滑差 控制電機(jī)全速運(yùn)行時(shí)，