【正文】 =2 = 2 ? … … ? 采用一種帶修正因子的控制規(guī)則： ?式中， α是介于 0,1之間的實(shí)數(shù) ? 很明顯，只要調(diào)整系數(shù) α，就可以對(duì)控制規(guī)則進(jìn)行修正。 2ECU ?? (1)ECaa+74 模糊控制規(guī)則的構(gòu)成 ? 以 α作為調(diào)整參數(shù)不僅簡(jiǎn)單易行，而且物理意義也是很明顯的，它直接表示對(duì)偏差 E和偏差變化率 C的加權(quán)程度。 ? 在被控對(duì)象的階次較高時(shí)，對(duì)偏差變化率 C的加權(quán)值就應(yīng)該大于對(duì)偏差 E的加權(quán)值，因此 α要取小些； ? 相反，當(dāng)被控對(duì)象階次較低時(shí)，對(duì)偏差變化率 C的加權(quán)值應(yīng)小于對(duì)偏差 E的加權(quán)值，即 α要取大些。這種方法克服了單憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇控制規(guī)則的缺陷，是合理并可行的。 75 輸出信息的模糊判決 ? 模糊控制的輸出是一個(gè)模糊子集，它反應(yīng)的是不同控制語(yǔ)言所取值的一種組合。 ? 但對(duì)一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，被控對(duì)象只能夠接受一個(gè)控制量，這就需要從輸出的模糊子集判決出一個(gè)控制量。即要推導(dǎo)出 一個(gè)由模糊集合到普通集合的映射，這個(gè)映射通常被稱為 模糊判決 ，只有通過(guò)判決才能得到控制量的精確值。 ? 一種常用的方法是 最大隸屬度法 。即在要判決的模糊子集 Ui中取隸屬度最大的元素 umax作為執(zhí)行量。這種方法雖然簡(jiǎn)單，但它所概括的信息量太少。 76 輸出信息的模糊判決 ? 按 最大隸屬度 的原則，應(yīng)滿足： ? 這樣做完全排除了其他一切隸屬度較小元素的影響和作用，并且為了使判決能實(shí)現(xiàn)，還要求控制器的算法應(yīng)保證其結(jié)果是正規(guī)的凸模糊集，但這一點(diǎn)并不一定能保證。因此我們?cè)诖瞬捎昧?加權(quán)平均判決法 ，其執(zhí)行量 umax由下式?jīng)Q定： ?其中權(quán)系數(shù) ki的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)決定，加權(quán)系數(shù)的決定直接影響著系統(tǒng)的響應(yīng)特性。 max( ) ( )UUu u u U?? ??11niiim a x niikuuk?????77 輸出信息的模糊判決 ? 對(duì)模糊自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性，選取和調(diào)整有關(guān)的權(quán)系數(shù)是個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)也可采用普通加權(quán)平均法，其執(zhí)行量umax由下式?jīng)Q定： 11()()niiimax niiuuuu???????78 模糊控制方法在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 ? 溫度的控制是科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)過(guò)程中最為普遍、最具典型意義的工業(yè)控制項(xiàng)目。溫度也是工業(yè)生產(chǎn)中最為常見(jiàn)和最為基本的工藝參數(shù)之一。任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的重要任務(wù)之一。 ? 眾所周知，傳熱過(guò)程的機(jī)理是很復(fù)雜的，試圖建立精確的數(shù)學(xué)模型是極其困難的；并且溫箱本身是時(shí)變的、非線性的、有滯后的復(fù)雜系統(tǒng)；因此無(wú)論使用經(jīng)典的 PID控制還是現(xiàn)代控制理論的各種算法都很難達(dá)到滿意的控制效果。 79 溫度 PWM控制系統(tǒng) ? PWM控制基本原理：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性環(huán)節(jié)上的時(shí)，其效果相同。由于本文所討論的消防傳感器恒溫測(cè)試溫箱具有大慣性，因此在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的時(shí)候采用的是 DO（數(shù)字量輸出）環(huán)節(jié)而不是常用的 D/A轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。 ? 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖所示 控制算法D O （ 數(shù) 字量 輸 出 ）A / D 轉(zhuǎn) 換計(jì) 算 機(jī)固 態(tài)繼 電 器加 熱電 阻 絲控 制對(duì) 象檢 測(cè) 和轉(zhuǎn) 換 電 路溫 度傳 感 器采 集 卡80 溫度 PWM控制系統(tǒng) ? 圖為恒溫測(cè)試溫箱的外觀。 ? 根據(jù)傳熱學(xué)上的能量守恒定律可以知道，給系統(tǒng)輸入的能量 Win，系統(tǒng)輸出的能量 Wout，以及系統(tǒng)所儲(chǔ)存的熱能 Wst有如下的關(guān)系： Win－ Wout＝ Wst 接 溫 度 傳 感 器的 調(diào) 理 電 路接 控 制 器 輸 出螺 釘 1螺 釘 2測(cè) 試 溫 箱接 線 端 子81 被控系統(tǒng)模型 ? 電阻絲所做的功就是系統(tǒng)輸入的能量 Win Win＝ Ptu ? 根據(jù)傳熱學(xué)中牛頓冷卻定律和斯蒂芬－波爾茨曼定律可以得到下面的式子： ? 根據(jù)傳熱學(xué)上瞬時(shí)的熱平衡方程，可以得到下面的式子： ? 聯(lián)立，可得： 42()out t shhTTATAes165。=+1 2 3 431 2 411 22 33 44st p p p pTT T TW VC VC VC VCr r r rt t t t182。抖 ?= + + +抖抖1 2 3 44 31 2 411 p 2 2 p 3 3 p 4 4 p2( )t s hTT T TPtu hT T A T A VC VC VC VCes r r r rt t t t165。182。抖?輊 + = + + +犏臌 抖抖? ? ?82 PID控制與模糊控制的實(shí)驗(yàn)比較 ? 下面的 PID控制實(shí)驗(yàn)均是在期望溫度為 100℃ 、環(huán)境溫度為 15℃ ，并且期望的設(shè)定升溫速度為 3℃ /min的條件下所做的。 ? 傳統(tǒng) PID 和兩組智能型 PID控制效果： ISE分別為：1041 、 。三組實(shí)驗(yàn)的超調(diào)分別為：12%、 %、 %。 0 5 0 0 1 5 0 0 2 5 0 02 0 0 01 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 03 5 0 0 4 5 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 0 01 1 0溫度/攝氏度時(shí) 間 / 秒I S E 為 6 9 5 . 9 9 9 4超 調(diào) 為 3 . 5 %0 5 0 0 1 5 0 0 2 5 0 02 0 0 01 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 03 5 0 0 4 5 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 0 01 1 0溫度/攝氏度時(shí) 間 / 秒I S E 為 4 1 0 . 5 6 2 8超 調(diào) 為 2 . 7 %83 模糊溫度控制器的設(shè)計(jì) ? 1）精確量的模糊化： 的變量賦值表 論域變量檔e 隸屬度000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000PLPMPSPONONSNMNL6543210 0 1 2 3 4 5 6E84 模糊溫度控制器的設(shè)計(jì) ? 1） 精確量的模糊化： 的變量賦值表 論域變量檔00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000PLPMPSZONSNMNL76543210 1 2 3 4 5 6 7u 隸屬度U～85 模糊溫度控制器的設(shè)計(jì) ? 2）構(gòu)成模糊控制規(guī)則：控制規(guī)則表如下 NLNLNLNLNMZOZOPLNLNLNLNLNMZOZOPMNMNMNMNMZOPSPSPSNMNMNSZOPSPMPMZONSNSZOPMPMPMPMNSZOZOPMPLPLPLPLNMZOZOPMPLPLPLPLNLPLPMPSZONSNMNLCEU86 模糊溫度控制器的設(shè)計(jì) ? 3）輸出量的模糊判決：本系統(tǒng)采用的是 中心平均的模糊判決方法，即將模糊集中心值乘以模糊集的高度，然后求均值的方法。 ? 糊控制規(guī)則進(jìn)行的階躍擾動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)效果： 0 5 0 0 1 5 0 0 2 5 0 02 0 0 01 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 03 5 0 0 4 5 0 05 06 07 08 09 01 0 01 1 0溫度/攝氏度時(shí) 間 / 秒I S E 為 2 8 5 . 6 2 6 0超 調(diào) 為 2 . 0 5 %1 02 03 04 087 利用模糊控制規(guī)則進(jìn)行的階躍擾動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)的控制曲線 0 5 0 0 1 5 0 0 2 5 0 02 0 0 01 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 03 5 0 0 4 5 0 05 06 07 08 09 01 0 01 1 0溫度/攝氏度時(shí) 間 / 秒I S E 為 2 8 5 . 6 2 6 0超 調(diào) 為 2 . 0 5 %1 02 03 04 088 思考題 ? 什么是位置式 PID和增量式 PID數(shù)字控制算法？試比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)？ ? PID控制器的參數(shù) kp、 ki、 kd對(duì)控制質(zhì)量各有什么影響？ ? 試對(duì)比 PID控制器，說(shuō)明模糊控制器及其特點(diǎn)； ? 模糊控制器設(shè)計(jì)的主要步驟如何？請(qǐng)以一個(gè)實(shí)際工程控制為例，按照模糊控制算法的步驟，畫出程序流程圖。 ? 查閱有關(guān)資料，總結(jié)圖 點(diǎn)。 ? PID和模糊控制器是可以混合使用的，請(qǐng)?zhí)接懣赡艿幕旌戏椒ㄓ心男? 89 謝謝觀看 /歡迎下載 BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH