【正文】 (2)誤差的變化 。 (3)選擇模糊控制器的輸入變量及輸出變量的論域并確定模糊控制器的參數(shù)。 模糊控制器設(shè)計(jì)的基本方法 模糊控制器是模糊邏輯控制器 (Fuzzy Logic Controller)的簡(jiǎn)稱，因?yàn)槟：刂破鞯目刂埔?guī)則是基于模糊條件語句描述的語言控制規(guī)則，所以模糊控制器又稱為模糊語言控制器。 (2)最大隸屬度平均法 (MOM: MEAN of Maximum Method) 這種方法是要找出能代表所有隸屬函 數(shù)達(dá)到最大的局部控制作用的平均值，在輸出是離散的情況下，控制作用可以用下式表示 : () 式中 jW ，是隸屬函數(shù)達(dá)到最大值 ? ?jW?? 的那些輸出值， L 是這些輸出值的個(gè)數(shù)。 那么輸出控制量集合 ? ? RCEU ??? 即 : ? ? ? ? ? ? ? ?? ?YXZYXYX CERU ???? ???? , () 由此，如果己知輸入 E, C 和輸出控制量 U，就可以求出他們的模糊關(guān)系 R，反之， 28 如果己知模糊關(guān)系 R 就可根據(jù)輸入 E 和 C 求出控制量 U。 E 和 C 可分別定義若干不同等級(jí)的隸屬函數(shù)，若作標(biāo)準(zhǔn)化處理，可分 成負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大等模糊子集。 （ 1）對(duì)“如果 A，那么 B (if A then B)類型的模糊規(guī)則可采用如下的推理方法。 “負(fù)小” (NS): 可取在 2 附近 。 為了實(shí)現(xiàn)模糊控制器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，實(shí)際中常用的處理方法是把輸入量的變化范圍設(shè)定為 [6 6]，區(qū)間連續(xù)變化量使之離散化，構(gòu)成 13 個(gè)整數(shù)元素的離散集合 {6， 5， 4，3， 2， 1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6,} 在實(shí)際工作中，精確輸入量的變化范圍一般不會(huì)是在 [6,+6]之間，如果其范圍是在[a b]之間的話，可通過變換 ?????? ???? 212 baxaby （ ） 將在 [a b]之間變化的量轉(zhuǎn)換為在 [6 6]之間變化的變量，然后對(duì)這一語言變量進(jìn)行取值，習(xí)慣上可分為七個(gè)等級(jí) : “正大” (PB): 可取在 +6 附近 。所定義的級(jí)數(shù)多少取決于所需輸入量的分辨率。 數(shù)據(jù)庫(kù) 規(guī)劃庫(kù) 推理機(jī) 解模糊接口 模糊化接口 模糊控制器 26 精確輸入量的模糊化 通?？刂瓶偸怯孟到y(tǒng)的實(shí)際輸出值和設(shè)置的期望值相比較，得到一個(gè)偏差值 E，控制器根據(jù)這個(gè)偏差值來決定如何對(duì)系統(tǒng)加以調(diào)整控制，很多情況下還需要根據(jù)該偏差的變化率 EC 來進(jìn)行綜合判斷 。第二個(gè)問題是根據(jù)有經(jīng)驗(yàn)的操作者或者專家的經(jīng)驗(yàn)制訂出模糊控制規(guī)則并進(jìn)行模糊邏輯推理，以得到一個(gè)模糊輸出集合，即一個(gè)新的模糊隸 屬函數(shù)，這一步稱為模糊控制規(guī)則形成和推理，其目的是用模糊輸入值去選配控制規(guī)則，為每個(gè)控制規(guī)則確定其適配的程度。 (4)傳感器。模糊控制器通過輸入 /輸出接口從被控對(duì)象獲取數(shù)字信號(hào)量，并將模糊控制器決策的輸出信號(hào)經(jīng)過數(shù)模變換，轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制被控對(duì)象。因此，模糊控制系統(tǒng)的組成類似于一般的數(shù)字控制系統(tǒng)，一般可分為四個(gè)組成部分 : 輸入 輸出 圖 41 模糊控制方框圖 (1)模糊控制器。人們希望把熟練操作人員的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)成一些規(guī)則 ，并根據(jù)這些規(guī)則設(shè)計(jì)成控制器。 (2)高度非線 性模型 (3)復(fù)雜的任務(wù)要求 這類工程本身所固有的模糊性、復(fù)雜性及其它原因，使得人們難以用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法為其建立精確的數(shù)學(xué)摸型。 隨著研究對(duì)象和系統(tǒng)復(fù)雜化，借助于數(shù)學(xué)模型描述和分析的傳統(tǒng)控制理論難以解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題，尤其是在具有以下特點(diǎn)的一類現(xiàn)代控制工程中。 (5)指令功能，可編程邏輯控制器的指令足可分為基本指令和擴(kuò)展指令。一般小型機(jī)器的存儲(chǔ)容量為 1KB 到幾 KB，大型機(jī)器為十幾 KB，甚至 1— 2MB。 PLC的掃描周期就是它完成一個(gè)完整循環(huán)掃描所需的工作周期，即從讀入輸入狀態(tài)到發(fā)出輸出信號(hào)所用的時(shí)間。若程序的結(jié)果為輸出元件，則將運(yùn)算結(jié)果寫入輸出映像寄存器。 (1)輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC以掃描方式讀入輸入端的狀態(tài)并存入輸入映像區(qū)的相應(yīng)寄存器中，接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在每一個(gè)掃描周期內(nèi)， PLC定時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)的有關(guān)信息，存放在某一指定的存儲(chǔ)區(qū)域 — 輸入映像區(qū)。 PLC內(nèi)含有一個(gè)穩(wěn)壓電源用于 CPU和 I/O單元供電，小型 PLC的電源往往和 CPU單元合為一體，大中型 PLC都有專門的電源單元。圖 （ c）是晶閘管輸出型，晶閘管輸出型采用的是光觸發(fā)型雙向晶閘管。 圖 直流輸入方式的接線圖 2）輸出接口電路： PLC的輸出電路有三種形式：繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出，如圖 。而外部輸入元件可以是無源觸點(diǎn)或有源傳感器。 (3)輸入 / 輸出單元 輸入 /輸出單元是 PLC與生產(chǎn)設(shè)備或?qū)嶋H生產(chǎn)過程連接的接口。內(nèi)存有兩種： 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM，可進(jìn)行讀寫操作。它能夠識(shí)別用戶按照特定的格式輸入的各種指令，并按照指令的規(guī)定，根據(jù)當(dāng)前的現(xiàn)場(chǎng) I/O信號(hào)的狀態(tài)，發(fā)出相應(yīng)的控制指令，完成預(yù)定的控制任務(wù)。反之，程序根本無法運(yùn)行。 PLC的硬件系統(tǒng)由基本單元， I/O擴(kuò)展單元及外部設(shè)備組成。 256個(gè)計(jì)數(shù)器， 256個(gè)內(nèi)部繼電器， 2400個(gè)特殊用途寄存器可以控制復(fù)雜的過程 。 (5)可在較惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán) 境中工作。由于它是對(duì)機(jī)械或設(shè)備或某個(gè)系統(tǒng)直接控制的裝置，所以與一般計(jì) 算機(jī)又有以下幾點(diǎn)不同 : 18 (1)使用適宜于控制的專門語言 。這樣，適合于某個(gè)行業(yè)或某些特殊問題的專用模塊就可以很容易地集 成到通用系統(tǒng)中去。 與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較 PLC是專為工業(yè)控制所設(shè)計(jì)的。硬件上主要受 CPU、內(nèi)存容量及 IO接口的限制 。而 PLC用專用的指令系統(tǒng)來編程的。事實(shí)上，現(xiàn)代 PLC的核心就是單片微處理器。同樣存在著編程難、不易掌握、需要做大量的接口工作，可靠性 仍較差，成本高等缺點(diǎn)。而 PLC除了具有開關(guān)量控制功能外，有 些功能較全的 PLC還具有 A/D. D/A轉(zhuǎn)換裝置 ，可以用來對(duì)模擬量進(jìn)行控制。而 PLC則采用了無觸點(diǎn)的電子電路來 替代繼電器觸點(diǎn)，確切地說是用存貯器內(nèi)的數(shù)據(jù)來代替觸點(diǎn)，因此不存在上述缺 點(diǎn)。而 PLC則是由晶體振蕩器所產(chǎn)生的脈沖經(jīng)多次分頻后得到的時(shí)基脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來定時(shí)的，定時(shí)范圍一般為 ，也有 ，精度一般高于 10毫秒，只要根據(jù)需要由編程器送入時(shí)間常數(shù)即可實(shí)現(xiàn)定時(shí)時(shí)間的設(shè)定或更改。并且內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，所以不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的問題。工作頻率很低。而 PLC是利用其內(nèi)部的存儲(chǔ)器以數(shù)據(jù)形式將控制邏輯存儲(chǔ)起來的，所以只要改變 PLC內(nèi)存儲(chǔ)器的內(nèi)容，也就可以實(shí)現(xiàn)更改控制 邏輯的目的。1:小型、中型、大型。 第一代 PLC功能太弱，已基本淘汰 ?？梢詫⒍嗯_(tái) PLC鏈接起來，實(shí)現(xiàn)資源共享 。這個(gè)時(shí)期的產(chǎn)品己采用 8位和 16位微處理器作為 CPU,部分產(chǎn)品還采用了多微處理器結(jié)構(gòu)。這個(gè)時(shí)期的產(chǎn)品已開始 使用微處理器作為 CPU， IPLC(可變成邏輯控制器 )成為真正意義上的 PC(可編程控制器 )(尚未正式命名 )，而存儲(chǔ)器采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。 第一代在 19691972年。 15 第三章 PLC 可編程技術(shù) PLC 的產(chǎn)生與發(fā)展 1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制出第一臺(tái) PLC，在美國(guó)通用汽車自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功。異步調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是逆變器在低頻運(yùn)行時(shí) K 值加大，相應(yīng)地減少諧波含量，以減輕電動(dòng)機(jī)的諧波損耗和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。在變頻調(diào)速時(shí)，三角載波與正弦調(diào)制波的頻率同步改變，即保持 K 值不變的為同步調(diào)制。而雙極性調(diào)制在輸出的半個(gè)周波內(nèi)同一相的兩個(gè)導(dǎo)電臂互補(bǔ)交替通斷。如果控制 RU ，使其頻率、幅值協(xié)調(diào)變化，則可以完成變頻器的控制或者改變載頻三角波的頻率，并保持每周期輸出的脈沖數(shù)不變時(shí)，就可以改變基波電壓的頻率。隨著高速度、高精度多功能微處理器、微控制器和 SPWM專用芯片的發(fā)展，采用微機(jī)控制的數(shù)字化 SPWM 技術(shù)己占當(dāng)今 PWM 逆變器的主導(dǎo)地位。等效的原則是每一區(qū)間的面積相等。當(dāng)采用 PWM 方法控制逆變器功率開關(guān)元件的通、斷時(shí)，即可獲得一組等幅而不等寬的矩形脈沖，改變矩形脈沖的寬度可改變輸出電壓幅值 ，改變調(diào)制周期可以改變輸出頻率。若系統(tǒng)若采用可控整流器，存在以下不足：l）調(diào)頻由逆變器完成，調(diào)壓由可控整流器實(shí)現(xiàn)，二者之間需要協(xié)調(diào)配合，而且由于中間 12 直流電路采用大慣性環(huán)節(jié)濾波，電壓調(diào)節(jié)速度緩慢。交－交變壓變頻裝置的最高輸出頻率不超過電網(wǎng)頻率的1／ 3－ l／ 2，一般只用于低速、大容量的調(diào)速系統(tǒng)。 交－交變壓變頻裝置 整流器導(dǎo)通期間它只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，其輸出的每 一相都是一個(gè)兩組晶閘管整流裝置反并聯(lián)的可逆線路。在某一瞬間，控制一個(gè)晶閘管導(dǎo)通，同時(shí)迫使另一個(gè)晶閘管關(guān)斷，在兩管之間實(shí)現(xiàn)換相。 交－直－交變頻器 （ l）用可控整流器調(diào)壓、用逆變器調(diào)頻的變頻裝置，此類變頻器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便。 變壓變頻裝置 從結(jié)構(gòu)上看，變壓變頻裝置可分為間接變壓變頻和直接變壓變頻兩類。在變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中，在改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，須同時(shí)調(diào)節(jié)定子電源的電壓和頻率，在這種情況下，機(jī)械特性基本上平行移動(dòng)，而轉(zhuǎn)差功率不變，它是當(dāng)前交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。由于電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和制造工藝的限制，通常只能實(shí)現(xiàn) 2— 3種極對(duì)數(shù)的切換，調(diào)速是有級(jí)的，且轉(zhuǎn)速變化的級(jí)差很大，調(diào)速范圍也受到限制 。一般來說，改變轉(zhuǎn)差率的調(diào) 速方式是一種耗能的辦法，從節(jié)能的觀點(diǎn)，這種調(diào)速方式是不經(jīng)濟(jì)的。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率調(diào)速的實(shí)質(zhì)是將輸入功率的一部分轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)差 功率以削軸上輸出功率的大小，迫使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度下降。 (5)發(fā)展 容錯(cuò)技術(shù)和故障診斷 為了滿足某些系統(tǒng)極高可靠性和安全性的要求，一些 PLC 增加了容錯(cuò)功能，如雙機(jī)熱備用、自動(dòng)切換 I/O、雙機(jī)表決 I/O、三重表決。 (4)向網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展 加強(qiáng) PLC 的聯(lián)網(wǎng)能力成為 PLC 的主要發(fā)展趨勢(shì)。 智能模塊與 PLC 的 CPU 并行工作，提高了 PLC 的速度和效率。如日本三菱公司的 FX0、FX2系列 PC機(jī)， FX0型 PC機(jī)的 I/O點(diǎn)數(shù)為 14點(diǎn)，體積最小的是 100mm 80mm 47mm，而它卻具有高速計(jì)數(shù)、中斷、脈沖調(diào)制等功能，同時(shí)，它還可以實(shí)現(xiàn)模擬器定時(shí)器功能并且具有 SFC 指令， FX2 系列 PC 機(jī)除了具有開關(guān)量 I/O 外，還具有模擬量輸入、輸出以及多種 智能模塊，并具有連網(wǎng)通信能力，擴(kuò)大了小型 PC 機(jī)的應(yīng)用范圍。對(duì)于國(guó)內(nèi) PLC的認(rèn)識(shí)，可以從江蘇嘉華實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的 dH 120系列產(chǎn)品窺見一斑，其主要 性能有 : 輸入輸出從 20點(diǎn)到 120點(diǎn)任意配置 內(nèi)置 32個(gè)定時(shí)器、 31個(gè)計(jì)數(shù)器、幾百個(gè)中間繼電器和數(shù)據(jù)寄存器，可方便地完成邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)控制、高速計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理、模擬量控制等功能。有的產(chǎn)品不僅供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，而且還有出口 。 . 高可靠性，完善的自診斷和清除故障功能。 . 位和字處理速度 80ns至 200ns. . 最高系統(tǒng)計(jì)算能力可以有 4個(gè) CPU同時(shí)計(jì)算。 PLC 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 長(zhǎng)期以來， PLC始終處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非常可靠的控制應(yīng)用。 輸出可為市電，要求再 2A 以上，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等。 體積 小于繼電控制盤。為了改變這種狀況，提高生產(chǎn)效益， 1968年，美國(guó)通用汽車公司對(duì)外公開招標(biāo)，想用新的控制裝置取代繼電控制盤。 給定 R 圖 11 模糊控制系統(tǒng) 圖 12 模糊控制器 模糊控制器 對(duì)象 模糊化 模糊推理 反模糊化 6 PLC 可編程控制器的現(xiàn)狀和發(fā)展 可編程控制器的產(chǎn)生 近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，使得以微處理機(jī)為核心組成的可編程控制器得到了迅速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用與各種領(lǐng)域中，以滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)中的高效、大量的自動(dòng)化要求。它由給定輸入、模糊控制器。 模糊控制在實(shí)踐應(yīng)用中與傳統(tǒng)控制相比有以下幾個(gè)引人注目的特點(diǎn)： (1)無需事先知道被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，所以，它可以對(duì)那些數(shù)學(xué)模型難以求取或無法 求取的對(duì)象進(jìn)行有效控制。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，模糊控制的研究大致經(jīng)歷了兩個(gè)階段，即簡(jiǎn)單模糊控制階段和自我完善模糊控制階段。模糊控制的核心是它用具有模糊性的語言條件語句作為控制規(guī)則去執(zhí)行控制。交流變頻技術(shù)已形成新興產(chǎn)業(yè)．據(jù)日本統(tǒng)計(jì) 1975年銷售交流和直流調(diào)速系統(tǒng)為 1： 3，到 1985年變?yōu)?3： 1，美國(guó)到 80年代初，交流調(diào)速與直流相比已達(dá)又 5： 1，在交、直流調(diào)速系統(tǒng)的速度變化中，變頻技術(shù)的發(fā)展起了重要作用，交流變頻調(diào)速在現(xiàn)代傳動(dòng)系統(tǒng)中有日趨取代直流的重要位置，我國(guó)在交流變頻調(diào)速理論和各種控制方法研究方面，有一定基礎(chǔ)和 發(fā)展，但只限于高等院校、科研單位和少量大公司開發(fā)部門，在組織生產(chǎn)、實(shí)用技術(shù)、維護(hù)能力和產(chǎn)業(yè)形成方面，顯得落后，發(fā)展緩慢，對(duì)國(guó)外近年發(fā)展的 GTO、 GTR、 IGBT、 MCT等關(guān)鍵電力電子器件以及現(xiàn)代理論和計(jì)算機(jī)相結(jié)合產(chǎn)生的交流變頻控制設(shè)備正處于引進(jìn)、應(yīng)用、消化吸收的階段。葉片材料有鋼葉片、銅葉片、鋁合金鑄造葉片和塑料葉片等。但風(fēng)壓偏低，性能曲線緩，適應(yīng)性較差