【正文】 因此，實現(xiàn) MATLAB與其它應(yīng)用程序的動態(tài)數(shù)據(jù)及圖形交互是非常有意義的，因此，上述控制系統(tǒng)的開發(fā)方式，不僅對于控制軟件開發(fā)者具有應(yīng)用價值，而且對于其它領(lǐng)域的。因此，在系統(tǒng)的模型辯識上，還可以做一些改進工作，使其更加完善。 8)本系統(tǒng)在實際控制中的控制結(jié)果與仿真中的控制結(jié)果還存在一定偏差，這主要是 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 36 頁 在模型辯識中，將慣性時間常數(shù) T 當(dāng)作常量處理所造成的 。這種通過將仿真中的控制器直接應(yīng)用到實際控制程序中的使用方法，使仿真控制與實際控制直接聯(lián)系起來，把仿真結(jié)果直接 用來構(gòu)建控制系統(tǒng)模型提供理論指導(dǎo)。而對于 PIDFUZZY 系統(tǒng)，則更適合于擾動比較少，長期處于穩(wěn)定工作狀態(tài)的對象。這充分反映， FUZZYPID 系統(tǒng)中的 PID 副控制器控制頻率高，可以在擾動還沒有影響到試樣之前，就將它的影響消除掉。 5)由于單回路控制系統(tǒng)不能很好的解決大慣性對象的多擾動問題，所以可以選擇對擾動抑制能力強的串級結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。尤其是對象處于頻繁擾動的條件下，控制系統(tǒng)可能長期處于波動狀態(tài)，而造成系統(tǒng)振蕩。這是因為，大慣性對象雖然也會有一定的滯后，但相對于對象的慣性時間而言，卻是影響很小的，所以可以忽略。神經(jīng)絡(luò)方 法建模更加適合那些對被控對象模型完全不了解的條件下使用。其中，采用時域法建立模型簡便易行且能基本滿足分析要求，所以被廣泛使用。第五 章將 FUZZYPID 控制系統(tǒng)應(yīng)用到電阻爐對象上，并取得了一定的效果。 第三 章使用數(shù)學(xué)方法 對電阻爐對 象進行動態(tài)建模。第一章為總論部分，針對當(dāng) 前電爐控制中普遍存在的問題進行分析，提出改進控制方法的提案。所以，找出一種新的控制方法以滿足電阻爐的高精度要求是必要的。時變性是因為 箱式 電阻爐是一種特性參數(shù)隨爐溫變化而變化的被控對象。降溫階段，則只能依靠環(huán)境自 然冷卻，無法進行控制 。 箱式 電阻爐對象是具有控溫單向性、大慣性、時變性等特點的熱工對象?？梢匝芯靠刂葡到y(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)特性和性能指標(biāo)、穩(wěn)定性等， 從而分析和設(shè)計控制系統(tǒng)，選擇控制系統(tǒng)參數(shù)，驗證控制系統(tǒng)的新結(jié)構(gòu)與 新算法。 在這段時間里，我大量借鑒了國內(nèi)已有的理論成果和實際產(chǎn)品，根據(jù)自己的要求，結(jié)合自己對熱處理的理解和設(shè)計想法，借助老師的幫助，設(shè)計出了箱式電阻爐及溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計；通過理論計算，選出了符合任務(wù)要求的設(shè)計方案；都通文字說明與圖紙的形式表現(xiàn)了 出來。 綜上所述，本系統(tǒng)比較好的控制住了 箱式 電阻爐的溫度，并保證了控制精度，使其沒有發(fā)生大幅度的波動，滿足了大容量 箱式 電阻爐的牛產(chǎn)討 fy 要 3k。 在 箱式 電阻爐工作期間打開爐門一分 鐘引起的，剛打開爐門時，爐內(nèi)溫度迅速降低，使得控制電壓開始上升，爐門的開啟時間是比較短的，隨著爐門的關(guān)閉，又使得爐內(nèi)的溫度迅速回升，由控制曲線可以看出，向下的峰值量為 572 0C，即爐溫下降 280C，對應(yīng)時間為打開爐門后的 175 秒，即在爐門關(guān)閉后溫度仍然下降 115 秒 。在圖 43 中的實際控溫曲線圖上，斜線部分是通過過程控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的，采用增量式 PID 控制器，當(dāng)溫度達到給定值時，控制器由過程控制切換到恒溫控制的 FUZZYPID 控制系統(tǒng)上。所以過程控制通常也是控制系統(tǒng)的一個組成部分。其中過程控制應(yīng)用于那些對溫度有特定要求的工藝過程。 可見，使用 Matlab 中的復(fù)雜控制器或智能控制器，作為過程控制系統(tǒng)的后臺服務(wù)器，實現(xiàn)由 Visual Basic, Visual C++等編寫可視的平臺界面，這對于控制應(yīng)用軟件的開發(fā)是非常方便的。對于這個問題，筆者通過對 Matlab 及 VB 的大量操作經(jīng)驗，提出了下述解決方案。 Evalfis，為 Matlab 命令，用來求取模糊控制器的輸出。此命令中， FuzzyName，為 Matlab中定義的模糊控制器的名稱，此模糊控制器有兩個輸入。 4) 對 DDE 過程中變量的處理方法。 3) 創(chuàng)建一個公共的方法，將 Matlab 執(zhí)行命令后的結(jié)果，導(dǎo)入到 VB 的 Text 控件中在這里也可將 Linkltem屬性設(shè)為參數(shù) engfigureresult，則可以返回 Matlab 執(zhí)行操作命令后得到的圖形。 Matlab 中的模糊控制器與 VB 應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn) DDE 交互的具體步驟是 : 1) 啟動 Matlab 應(yīng)用程序，使其最小化 并使 VB 應(yīng)用程序窗口處于激活狀態(tài)。 5) 設(shè)定控件的 LinkMode 屬性為 VbLinkNone， 來結(jié)束 DDE 交互。 3) 通過 Linkltem屬性告知服務(wù)器，客戶端應(yīng)用程序所需要的數(shù)據(jù)或圖形。 1) 設(shè)定控件 LinkTopic 屬性對鏈接進行初始化。在大部分實例中常使用 Text 控件，它能夠處理大部分的文本 (大約 32021 個字符 )。在應(yīng)用系統(tǒng)中， Matlab 是服務(wù)器， VB 應(yīng)用程序是客戶端。程序相互交流的一種標(biāo)準(zhǔn)方法，它的使用避免了應(yīng)用程序的孤立性。 DDE (Dynamic Data Exchange)，即動態(tài)數(shù)據(jù)交換。 DDE 方法簡介 VB 與 Matlab 可以通過兩種方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。本文第三章介紹仿真所用的模糊控制器通過 Matlab 中的 Fuzzy Logic TOOLBOX(模糊邏輯工具箱 )實現(xiàn)，這種方法簡單、可靠，我們可以調(diào)用這個工具箱，將仿真中建立的模糊控制器直接應(yīng)用在溫控系統(tǒng)中 ，實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的模糊控制，從而縮短了實際應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)周期。所以，本文采用模糊關(guān)系矩陣法來構(gòu)造模糊控制器。的量化值 E 和 EC 是近似的 ，所以查表得到的控制輸出量化值也帶有一定的近似性，存在誤差。 模糊控制器的實現(xiàn) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 31 頁 模糊控制器應(yīng)用設(shè)計一節(jié)里，介紹了兩種方法，模糊關(guān)系矩陣法和查表法。其中 VB 的語言構(gòu)成簡單，容易上手，使它為廣大程序員 所接受。 近幾年來，隨著計算機行業(yè)的飛速發(fā)展，也出現(xiàn)了一批功能強大的可視化編程軟件，如 C+十、 Delphe. VB 等。它的控制電壓由計算機給出，并由 D/A轉(zhuǎn)換器輸入，可控硅輸出為受控輸出電壓，范圍在 0220V之間，大小由 D/A 輸入決定。 4) 控制柜 工業(yè)控制柜，它的主要組成部分是可控硅調(diào)壓系統(tǒng)。 PC6317D 模出接口卡，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路由 DAC1232/DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器件和基準(zhǔn)源、運算放大器、跨接選擇器及上清零電路組成。 3) PC6360 多功能模入接口卡及 PC6317D 模出接口卡 PC6360 多功能模入接口卡中的 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果為 12 位字長，同時還備有 4 路數(shù)字量輸入和 4 路數(shù)字量輸出接口和三路 16 位字長的計數(shù) /定時器。 在本系統(tǒng)中，測量熱電偶選用 K 型愷裝熱電偶，即鎳鉻一鎳鋁或鎳硅熱電偶，其測溫范圍為 01300，這類熱電偶溫度一毫伏特性接近線性，靈敏、熱電勢比 5 型熱電偶大 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 30 頁 45 倍，在我國目前多用鎳鉻一鎳硅熱電偶，其特性與鎳鉻一鎳鋁熱電偶一樣，而且抗氧化性強，所以，本設(shè)計中采用 K 型偶測量電阻爐溫度。也有外面包裹耐火材料的工業(yè)熱電偶 。不同的熱電勢對應(yīng)著不同的溫度，熱電偶就是通過測量熱電勢來實現(xiàn)測溫的。兩種不同的導(dǎo)體將兩端相互連接在一起構(gòu)成閉合回路。 箱式 電阻爐過程控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn) 該系統(tǒng)的硬件由兩支 K 型熱電偶、 PS010 前端信號處理板、 PC6360 多功能模 入接口卡、 PC6317D 模出接口卡、配有可控硅調(diào)壓系統(tǒng)的控制柜及一臺工業(yè)用計算 機組成。前幾章通過對 箱式 電阻爐系統(tǒng)的建模、仿真，找到了比較適合這種大慣性對象的控制方法，即串級結(jié)構(gòu)的模糊控制方法。因此，本文在電阻爐過程控制系統(tǒng)的設(shè)計中，采用 FUZZYPID 串級結(jié) 構(gòu)作為控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。所以對于大慣性對象，最好采用帶有限幅的增量式控制方法。所以造成控制量向更大值發(fā)展 。 5) PIDFUZZY 結(jié)構(gòu)在擾動量不太頻繁，且擾動量不大時，可以做到很精確平滑的控制效果，但其動態(tài)指標(biāo)不如 FUZZYPID 結(jié)構(gòu)。調(diào) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 28 頁 節(jié)時間較短。但這兩種系統(tǒng)也都有各自的優(yōu)缺點。電阻爐控制系統(tǒng)的采樣時間通常在 1525 秒的范圍，所以其采樣時間對模糊控制器的影響比較小。因為模糊控制器的魯棒性好，對擾動響應(yīng)不是很靈敏，所以單回路模糊控制系統(tǒng)對于大慣性對象也不能很好的控制。 PID 控制系統(tǒng)的上升時間雖然比較短，但它的超調(diào)大，從而造成調(diào)節(jié)時間變長，而且當(dāng)對象處于連續(xù)擾動時，控制系統(tǒng)很可能發(fā)生振蕩。通過分析，我們對這幾種控制系統(tǒng)的特性有了較深入的了解，得到了各種系統(tǒng)的一些特點，這也是我們想要通過仿真所得到的，并在設(shè)計控制系統(tǒng)中應(yīng)該注意的。因此對于那些擾動不是很頻繁、系統(tǒng)硬件設(shè)備性能不是很高，且又對控制精度有嚴格要求的生產(chǎn)過程，可采用PIDFUZZY 控制系統(tǒng)。如果這一點不能保證，很可能會造成控制系統(tǒng)的振蕩。而電阻爐在工作時，爐門經(jīng)常要開關(guān)送入、取出試樣，經(jīng)常處于有擾動的非穩(wěn)態(tài)工作條件下，所以， FUZZY PID 系統(tǒng)是比較適合大 慣性電阻爐的一種控制系統(tǒng)。由副模糊控制器的輸出波形也可看出它的執(zhí)行頻率要小于 FUZZY PID 系統(tǒng)，所以對執(zhí)行器的要求不是 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 27 頁 很高，而且 PIDFUZZY 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差要好于 FUZZY PID 系統(tǒng)。 對于 PIDFUZZY 串級控制系統(tǒng)，從圖 316 與圖 320 看到，當(dāng)擾動量的大小和持續(xù)時間等同于 FUZZY PID 系統(tǒng)時，它造成的最大偏差及調(diào)節(jié)時間都要大于 FUZZY P工 D 系統(tǒng)。由副控制器的 輸出波形，可看出其控制頻率是很高的，這就對執(zhí)行機構(gòu)提出了較高的要求，即執(zhí)行動作必須迅速，而且要求測溫裝置熱電偶的慣 J 性時間要滿足系統(tǒng)的要求。 FUZZYPID 與 PIDFUZZY 串級控制系統(tǒng)分析 從上面兩節(jié)的分析中可以看出，對于以 PID 控制器為副調(diào)節(jié)器、以 FUZZY 控制器為主調(diào)節(jié)器的串級控制系統(tǒng)，它的上升時間、調(diào)節(jié)時間都要小于 P 工 DFUZZY 系統(tǒng)，說明 FUZZY PID 系統(tǒng)的響應(yīng)速度要好于 PIDFUZZY 系統(tǒng)。 對于 PIDFUZZY 串級系統(tǒng) ，只要模糊控制器滿足副回路系統(tǒng)穩(wěn)定性，則基本可以保證模糊控制器在串級結(jié)構(gòu)中是穩(wěn)定的 1571。二 3930s、上升時間 t, = 2850 s、以穩(wěn)態(tài)值的 5%為容許范圍的調(diào)整時間 t= 2280 s。通過計算，得出 PIDFUZZY 串級控制系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)性能指標(biāo)，最大超調(diào)百分數(shù)。 其中 pid2 模塊為主控制器，是采樣時間為 15s 的離散 PID 控制器 :fty2 模塊采樣時間為 30s 的副控制器 :out I 擾動的幅值為 100，持續(xù)時間為 100s。在 Sinmulink 仿真平臺下，建立 FUZZY PID 串級控制結(jié)構(gòu)的仿真框圖。本節(jié)中，即分別采用 FUZZYPID 與 PIDFUZZY 兩種串級結(jié)構(gòu)對電阻爐對象進行仿真分析，以觀察其各自的控制效果。因此上面所設(shè)計的模糊控制系統(tǒng)是具有穩(wěn)定性的。所以，對于電阻爐采樣時間通常在 1525 秒的范圍內(nèi)，其采樣時間對模糊控制器的穩(wěn)定性影響不大。當(dāng)采樣時間發(fā)生變化時，也會對控制器的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響 。多維控制器的輸入變量有多個，由于 輸入維數(shù)的增加導(dǎo)致了控制規(guī)則和控制算一般是個固定值，對于不同的對象， Constant 隨對象參數(shù)的變化而變化。 二維模糊控制器有兩個輸入變量，一個輸出變量，同一維模糊控制器一樣，適用于被控對象是單輸入一單輸出的系統(tǒng)。 一維控制器是一種最簡單的模糊控制器，控制器的輸入、輸出語言變量只有一個。模糊控制器根據(jù)被控對象輸入變量和輸出變量的多少分為單輸入 — 單 輸出結(jié)構(gòu)和多輸入 — 多輸出結(jié)構(gòu)。 3)反模糊化，是將輸出模糊子集轉(zhuǎn)化為一個清晰、確定的輸出控制量。所以設(shè)計一個模糊控制器主要需完成以下三個任務(wù) : 1)精確量的模糊化，是將實測物理量轉(zhuǎn)化為在該語言變量相應(yīng)論域內(nèi)不同語言值的模糊子集。其實質(zhì)上反映的是輸入語言變量和輸出語言變量以及語言規(guī)則的模糊定量關(guān)系和算法結(jié)構(gòu)。如圖 中 PID 控制器， Ko=2, K,=, K=10，將其化為相應(yīng)的傳遞函數(shù)，并與系統(tǒng)中的主、 副對象合并，此時得到的傳遞函數(shù)分母達到五階，分子為兩階，對所得傳遞函數(shù)進行降階，得到等效傳遞函數(shù) W (S) 最后分析 (704s + 1)(510s + 1)模糊控制器與該等效傳遞函數(shù)構(gòu)成的單回路系統(tǒng)，確定模糊控制器的穩(wěn)定性。只要將圖 中的內(nèi)環(huán)部分等效為一個對象，則結(jié)構(gòu)上就相當(dāng)于單回路系統(tǒng)。連續(xù)模型與離散模型是有一定區(qū)別的，連續(xù)模型的輸出量是連續(xù)平滑的，而離散模型的輸出最呈階梯狀，即在一段采樣 。那么，最后只剩下控制器的建立了，在本節(jié)中，分別采用 PID控制方法及模糊控制方法來對系統(tǒng)進行仿真，以觀測兩種控制方法的特性。所以，虛方框中輸入量為溫度，輸出量也為溫度，但本身具有一定的慣性或滯后。輸 變量的基本論域即可控硅的控制電壓為 [0IIIV, 10000 mV