【正文】 制器的智能性看，模糊控制屬于智能控制的范疇。 模糊控制由來(lái) 經(jīng)過(guò)人們長(zhǎng)期研究和實(shí)踐形成的經(jīng)典控制理論，對(duì)于解決線性定常系統(tǒng)的控制問(wèn)題是很有效的。隨著計(jì)算機(jī)尤其是微機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，自動(dòng)控制理論和技術(shù)獲得了飛躍的發(fā)展。但是，應(yīng)該指出，無(wú)論采用經(jīng)典控制理論還是現(xiàn)代控制理論設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，都需要事先知道被控制對(duì)象（或生產(chǎn)過(guò)程）精確的數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)數(shù)學(xué)模型以及給定的性能指標(biāo)，選擇適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律，進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。例如，有些對(duì)象難以用一般的物理和化學(xué)方面的規(guī)律來(lái)描述，有的影響因素很多，而且相互之間又有交叉 耦合，使其模型十分復(fù)雜，難于求解以至于沒有使用南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 價(jià)值。象建材工業(yè)生產(chǎn)中的水泥窯、玻璃窯，化工生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，輕工生產(chǎn)中的造紙過(guò)程，食品工業(yè)生產(chǎn)中的各種發(fā)酵過(guò)程。諸如此類的過(guò)程變量多，各種參數(shù)有存在不同程度的變性，且過(guò)程具有非線性、強(qiáng)耦合等特點(diǎn)，因此建立這一類過(guò)程的精確數(shù)學(xué)模型困難很大，甚至是辦不到的。 與此相反，對(duì)于上述難以自動(dòng)控制的一些生產(chǎn)過(guò)程，有經(jīng)驗(yàn)的操作人員進(jìn)行手動(dòng)控制，卻可以收到令人滿意的效果。 控制論的創(chuàng)始人維納在研究人與外界相互作用的關(guān)系時(shí)曾指出：“人通過(guò)感覺器官感知周圍世界，在腦和神經(jīng)系統(tǒng)中調(diào)整獲得的信息。 總結(jié)人的控制行為，正是遵循反饋及反饋控制的思想。運(yùn)用微機(jī)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)這些控制規(guī)則，微機(jī)就起到了控制器的作用。 模糊控制系統(tǒng)的組成 前面已指出，模糊控制屬于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的一種形式。 模糊控制系統(tǒng)一般可以分為四個(gè)組成部分： 1）模糊控制器：實(shí)際上是一臺(tái)微計(jì)算機(jī)，根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，既可選用系統(tǒng)機(jī)，又可選用單板機(jī)或單片機(jī)。 在 I/O 接口裝置中，除 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換外，還包括必要的電 平轉(zhuǎn)換線路。 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 模糊系統(tǒng)控制框圖 還須指出，被控對(duì)象缺乏精確的數(shù)學(xué)模型的情況適宜選擇模糊控制，但也不排斥有較精確的數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)象，也可以采用模糊模糊方案。被控制量往往是非電量，如溫度、壓力、流量、濃度、濕度等。因此，在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)注意選擇精度高且穩(wěn)定性好的傳感器。模糊控制器的控制規(guī)律由計(jì)算機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)，實(shí)現(xiàn)一步模糊控制算法的過(guò)程是這樣的：微機(jī)經(jīng)中斷采樣獲取被控制量的精確值，然后將此量與給定值比較的誤差信號(hào) E（在此取單位反饋）。把誤差信號(hào) E 的精確值進(jìn)行模糊量化變成模糊量，誤差 E 的模糊量可用相應(yīng)的模糊語(yǔ)言表示。再由 e 和模糊控制規(guī)則 R（模糊關(guān)系）根據(jù)推理的合成規(guī)則進(jìn)行模糊決策，得到模糊控制量 u 為 u=e?R 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 式中 u 為一個(gè)模糊量。得到了精確的數(shù)字控制量后，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換變?yōu)榫_的模擬量送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行一步控制。這樣循環(huán)下去，就實(shí)現(xiàn)了被控對(duì)象的模糊控制。 模糊控制系統(tǒng)的語(yǔ)言表示 就專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（即組成部分）和設(shè)計(jì)方法而言，模糊南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)專家系統(tǒng)是類似的，模糊專家系統(tǒng)主要需要解決的是如下兩個(gè)問(wèn)題： 1. 模糊知識(shí)表示； 2. 模糊推理方法。模糊集為這類不確定知識(shí) 的表示提供了一個(gè)有力的武器，它可以處理下列知識(shí)的表示： 1) 模糊謂詞，如“小”，“年輕”，“美好”。 3) 模糊量詞，如“大部分”，“很多”，“至少 50%”。 5) 模糊可能性，如“很可能”，“幾乎不可能”。 由這里可以看出，與傳統(tǒng)專家系統(tǒng)相比，知識(shí)表示能力獲得了極 大的提高。例如廣義的肯定前件的假言推理、廣義的否定后件的假言推理等推理方法都是基于模糊邏輯的，并在模糊（近似）推理中得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)然，模糊邏輯也能處理精確推理，實(shí)際上，精確推理只是近似（模糊）推理的一種特殊情況。假如 我們獲得一個(gè)觀察事實(shí)： X is A’ 這里 A’ 不必要與知識(shí)庫(kù)中任何一條規(guī)則的前件精確匹配，借助近似推理 原則，可獲得如下結(jié)果： Y is B 這里 )(39。 jB y? ， )( iA xk?和 )( jB yk? ]1,0[?， i=1,2,?,N, j=1,2,? ， M。這種推 理方法是 Zadeh 于 1973 年首次提 出來(lái)的，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種模糊推理方法。 此外，規(guī)則也有多種不同的形式，如： （ 1） IF 1X is 1A and 2X is 2A and ? and nX is nA THEN Y is B, （ 2） IF 1X is 1A or 2X is 2A or ? or nX is nA THEN Y is B, （ 3） IF 1X is 1A and 2X is 2A and ? and nX is nA 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 THEN Y is B ELSE Z is C, （ 4） IF 1X is 1A or 2X is 2A or ? or nX is nA THEN Y is B ELSE Z is C, （ 5） IF X is A THEN Z is C, IF Y is B THEN Z is C, X is A’ OR Y is B’ Z is C’ 在這些常見的演繹推理形式下，模糊蘊(yùn)含算子和合成方法就更復(fù)雜。 2. 直接采用距離、貼近度或某種模糊匹配函數(shù)來(lái)度量?jī)蓚€(gè)模糊變量（即規(guī)則前件和觀察事實(shí)）的匹配程度，當(dāng)它大于某個(gè)閾值（由領(lǐng)域?qū)＜沂孪冉o定 ）時(shí)，則啟動(dòng)該規(guī)則，否則，系統(tǒng) 將搜索別的規(guī)則。該方法認(rèn)為可能性分布是表示模糊概念語(yǔ)義的最佳形式，在推理過(guò)程中使用投影原理、特指 /合取原理以及必含原理從而推導(dǎo)出一個(gè)可能是不精確的結(jié)論。該方法引入了一種新的相容性關(guān)系，以及一種新的基于指數(shù)運(yùn)算的蘊(yùn)含形式，通過(guò)將該相容性關(guān)系映射到一個(gè)真值空間從而推導(dǎo)出結(jié)論的不確定性值。由于模糊集的隸書函數(shù)常常很難確定，在模糊知識(shí)系統(tǒng)中它們均由領(lǐng)域?qū)＜腋鶕?jù)其經(jīng)驗(yàn)而主觀地給出。在這種方法中，語(yǔ)言連接詞（如 AND， OR， IF? THEN 等）可理解為語(yǔ)言命題的區(qū)間值表示，因而可用區(qū)間值模糊集來(lái)表示基于范式（合取范式和析取范式）的模糊蘊(yùn)含，其中語(yǔ)言連接詞、前件、后件均是模糊的。 此外，還有許多別的處理模糊推理的方法，如采用等價(jià)算子（即相互蘊(yùn)含 ）作為蘊(yùn)含算子等。 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 第四章 水泥磨機(jī)的負(fù)荷控制 水泥粉磨，包括生料磨和水泥磨是水泥生產(chǎn)過(guò)程必不可少的重要設(shè)備，同時(shí)也是一種耗能較大的機(jī)電設(shè)備。 自本世紀(jì)六、七十年代以來(lái)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，水泥粉磨負(fù)荷自動(dòng)控制技術(shù)也在不斷進(jìn)步。兗礦集團(tuán)水泥廠 1水泥磨所做的技術(shù)改造也是基于磨音、磨尾提升機(jī)功率和粗粉回粉量三個(gè)參數(shù)，這一控制系統(tǒng)在目前水泥行業(yè)的生產(chǎn)中還是很先進(jìn)的。球磨機(jī)具有圓筒形結(jié)構(gòu)，筒體內(nèi)裝有不同直徑的研磨介質(zhì)（前半倉(cāng)為鋼球，后半倉(cāng)為鋼板）。被 粉磨物料由給料機(jī)經(jīng)中空軸送入球磨機(jī)筒體。這樣，被粉磨物料連續(xù)不斷進(jìn)入球磨機(jī)加以研磨，同時(shí)磨細(xì)的物料在進(jìn)入筒體待磨物料和風(fēng)力的推動(dòng)下，從筒體的另一端陸續(xù)排出。被粉磨物料經(jīng)球磨機(jī)粉磨后，經(jīng)提升機(jī)進(jìn)入選粉機(jī)，其中合格的精粉（細(xì)粉）被運(yùn)走入庫(kù)，而不合格的粗粉被送回磨頭 重新進(jìn)入球磨機(jī)繼續(xù)粉磨。對(duì)于實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的閉路循環(huán)磨機(jī)，其穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的關(guān)系式為 V=A 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 M=X X=A+G 動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)的關(guān)系式為 g(t)=m(t)v(t) x(t)=a(t)+g(t) 球磨機(jī)工作特性 閉路循環(huán)磨機(jī)的靜特性，如圖 42 所示，可用拋物線型方程 y=ax2+bx 來(lái)逼近。又從特性曲線 M（ F）看出，在最佳 工作點(diǎn) F0 附近，M（ F）特性近似為線性。 圖 特性曲線 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 從圖 42 還可看到，特性曲線 M（ F）在 F=FKR處也有極值出現(xiàn)，但這時(shí)的點(diǎn) FKR將代表磨機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定與否的臨界點(diǎn)。因此，臨界點(diǎn) FKR是在磨機(jī)填充量 F 控制過(guò)程中需要盡量避免出現(xiàn)的上限值。但在磨機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的噪音，即磨音對(duì)喂料流量的變化卻比較敏感，其時(shí)滯相對(duì)小些。其中回磨粗粉特性的時(shí)滯 2? 包括選粉機(jī)的時(shí)滯以及提升機(jī)、傳送絞龍等的時(shí)滯，一般大于磨音時(shí)滯 1? 。 需要指出的是，磨機(jī)階躍響應(yīng)曲線隨入磨物料的粒度、濕度及硬度的變化而變化。另外，磨機(jī)的階躍響應(yīng)還將隨研磨介質(zhì)和襯板的磨損而有所變化。 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 43 圖 磨機(jī)階躍響應(yīng)曲線 水泥磨模糊控制思想 反映磨機(jī)負(fù)荷的參數(shù) 為控制磨機(jī)負(fù)荷，需要找出反映磨機(jī)負(fù)荷的參數(shù)及其檢測(cè)方法。磨音頻率亦隨磨內(nèi)填充量的變化而變化，據(jù)實(shí)際測(cè)定，其主要分布在 250～ 4000Hz 范圍內(nèi)。綜上所述，在選擇磨機(jī)的特征頻率時(shí)，既要考慮抑制背景噪音的干擾，又要考慮反映磨機(jī)負(fù)荷的靈敏度。 （ 2） 粗粉回粉量 從水泥磨機(jī)的尾部出來(lái)的成品水泥經(jīng)磨尾提升機(jī)到選粉機(jī)篩選出粗粉和細(xì)粉，細(xì)粉直接經(jīng)過(guò)斜槽到水泥庫(kù)，而粗粉需要重新回水泥磨機(jī)再次研磨。但是由于粗粉回粉量大滯后于磨機(jī)負(fù)荷，且參數(shù)不太穩(wěn)定，所以它一般只用來(lái)做輔助控制。 圖 磨音聲強(qiáng)與填充量關(guān)系曲線 （ 3） 磨尾提升機(jī)功率 磨尾提升機(jī)功率的變化是隨著出磨水泥流量的變化而變化的。因此我們常用磨尾提升機(jī)功率來(lái)控制磨機(jī)的負(fù)荷，即使在以上兩個(gè)參數(shù)無(wú)法獲得的情況下只用這一個(gè)參數(shù)來(lái)控制磨機(jī)也是可行的，目前的水泥工業(yè)控制中用磨尾提升機(jī)功率的較多，主要是因?yàn)樗c磨機(jī)負(fù)荷線性關(guān)系的穩(wěn)定性，而且其檢測(cè)傳感器安 裝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，不像磨音和粗粉回粉量需要一整套的設(shè)備儀表及傳感器。此外，上面提到的磨音和粗粉回粉量也是很重要的參數(shù)，但在實(shí)際控制中較少用到。 根據(jù)對(duì)生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場(chǎng)采樣數(shù)據(jù)的分析以及操作人員的經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)：若增加給料系統(tǒng)皮帶秤的電機(jī)轉(zhuǎn)速，即增 大入磨物料流量 A，則根據(jù)公式 ， ，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定后，出磨物料流量 M 增大，磨尾提升機(jī)功率即會(huì)上升。但是由于水泥生產(chǎn)過(guò)程具有大慣性、純滯后、非線性等特點(diǎn)，系統(tǒng)工況復(fù)雜多變，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型對(duì)皮帶秤電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，因此結(jié)合模糊控制的特點(diǎn)，我們便采用了模糊控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn) 速的調(diào)節(jié)。 模糊控制的實(shí)現(xiàn) 控制目的 磨機(jī)負(fù)荷控制的目的是，當(dāng)被粉磨物料易磨性變化和磨機(jī)參數(shù)改變時(shí) ,始終保持磨機(jī)產(chǎn)量最高，并使磨機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，防止出現(xiàn)“悶?zāi)ァ焙汀翱漳ァ钡炔徽，F(xiàn)象。 一種在基于 Fuzzy 控制器基礎(chǔ)上更好地模擬人的操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)改善控制性能的高精度 Fuzzy 控制器的基本設(shè)計(jì)思想是，首先將語(yǔ)言變量偏差 e 與偏差變化 ec 的量測(cè)值，由各自的 Fuzzy子集賦值表量化出相應(yīng)的等級(jí) I1 與 J1，即 ????? 01 ekI e 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 47 ????? 11 eckJ e 其次由查詢表找出與 I J1 對(duì)應(yīng)的基本 Fuzzy 控制器輸出的量化等級(jí) L1，于是求得與 e， ec 對(duì)應(yīng)的控制作用 u1為 101 0 LkUu u?? 其中0ek，1ek與0uk分別為偏差、偏差變化與控制作用的量化因子；U0為基本 Fuzzy 控制器輸出的設(shè)定值；符號(hào) ??? 代表對(duì) I1與 J1的取整運(yùn)算，這種取整會(huì)帶來(lái)0ek?與1ek?的誤差 ,尤其當(dāng)0ek與1ek選擇較小時(shí)，信息量會(huì)丟失更多。于是，與測(cè)量值 e， ec 對(duì)應(yīng)的經(jīng)過(guò)一次修正的高精度 Fuzzy 控制器的輸出 u 應(yīng)是 uuu ??? 1 高精度 Fuzzy控制器相對(duì)于基本 Fuzzy控制器有以下三方面優(yōu)勢(shì)： 1. 高精度 Fuzzy 控制器能準(zhǔn)確地執(zhí)行控制規(guī)則。 3. 高精度 Fuzzy 控制器能提高反應(yīng)信息變化的靈敏度。