专家模糊控制在碱性清洗液ph值控制系统中的应用

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1、摘要：罐车清洗过程中，由于工作方式和环境条件的影响，碱性清洗液中pH具有非线性和时变性等特性。针对pH的过程特性，提出了专家模糊控制算法。此方法具有一定的预判断性，并能够简化部分计算过程，减少计算量，在满足一定控制精度的前提下，提高控制速度。且解决了完整精确数学模型难建立的问题，结合操作工人的实际生产经验及专家规则，实现了对清洗液pH值的闭环控制。并用MATLAB进行了仿真，验证了该方法的可行性和有效性。关键词：模糊控制，专家系统，MATLAB，仿真1引言在铁路罐车的生产及维修过程中，对罐体的清洗和检漏是工序要求中是必不可少的一环。在

2、传统工艺中，通常选用管道自来水作为检测液，由于自来水厂对自来水的净化处理导致液体中负离子的含量很高，清洗过程中极易发生氧化反应，造成罐体生锈，对下一步生产环节产生影响，增加了除锈工作，工序过程复杂化，从而造成工作时间延长，工作效率降低。因此介于罐体材料的金属特性，为了避免清洗时潮湿环境中易发生的罐体金属材料氧化对下一步生产环节的影响，检测液的PH值需要严格控制在一定要求范围内，因此设置相应的水溶液pH值控制环节是非常有必要的。基于生产要求及工作条件，设计专家模糊控制系统并进行仿真验证。2模糊控制与专家系统的特点模糊控制是近代控制理论中

3、建立在模糊集合论基础上的一种基于语言规则与模糊推理的控制理论，它是智能控制的重要分支之一。它通过模拟人的思维方法面吧人类社会的技术和非技术的生产经验，编写归纳成若干系统化的规则来代替数学模型的计算，由计算机处理，实现对实际系统的智能性控制。尤其在于一些复杂可变的，具有非线性、时变性的难以建立精确数学模型的被控系统的控制中表现出了很强的优势。模糊控制基本框图如图2.1所示：图2.1模糊控制系统框图专家系统是根据人们在某一领域内的知识、经验和技术而建立的解决问题和做出决策的计算机软件系统，可以对一些复杂问题给出专家水平的结果。通常由知识库

4、、推理机、综合数据库、知识获取机制、解释机制和人机接口等相对独立的基本部分组成。专家系统基本框图如图2.2所示：图2.2专家系统基本框图3模糊控制方法与专家系统的结合模糊控制的量化因子Ke、Kec、和比例因子Ku是决定模糊控制器品质的重要手段，因此为了增强隶属度函数重合区域的灰度响应，避免产生震荡，引入专家系统对这三个重要参数进行调整，使系统同时提高动态响应和稳态精度，从而对被控对象进行有效的控制。专家模糊系统如下图所示：图3.1专家模糊系统框图4pH值过程控制的专家模糊控制器的设计4.1模糊控制器的设计被控对象具有非线性大滞后的特点

5、。因此可以用一阶纯延时模型式4-1作为基本模型，来分析控制过程及其特点。（1）模糊控制器的结构本系统采用二维模糊控制器结构，以pH值给定值与测量值的误差和误差的变化作为输入量，以作为控制量的阀门的开度值作为输出量，其对应的模糊子集分别设为E、EC、U。误差的基本论域为[-150，150]，误差变化的基本论域为[-60，60]，控制量的基本论域为[-45，45]，各量对应的论域为：E={-6，-5，-4，-3，-2，-1,0，1，2，3，4，5，6}EC={-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}U={-6，-5

6、，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}再根据人们习惯的语言性表述，将各个量的论域转化为对应的以语言变量表述的模糊集合，E模糊集语言变量均取为{负大，负中，负小，负零，正零，正小，正中，正大}，即{NB，NM，NS，NZ，PZ，PS，PM，PB}，EC及U的模糊集语言变量均取为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，即{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。误差将Z元素分为两个正零（PZ）和负零（NZ），增加元素量可以提高系统的稳态精度。（2）建立模糊控制规则根据铁路罐车维护车间以往生产实践的数据总结以及工人历

7、年实际操作的经验，系统对检测液pH值的调节主要是依据测量值与给定值的误差E，及误差的变化EC来调整执行机构控制阀门的开度来调节的。用模糊条件语句描述相应的控制规则如下：IFE=NBANDEC=NBTHENU=PB；IFE=NBANDEC=NMTHENU=PB；IFE=NBANDEC=NSTHENU=PM；……IFE=PBANDEC=PMTHENU=NB；IFE=PBANDEC=PBTHENU=NB。共56条控制规则，可对应写成如表4.1系统的模糊控制规则表表4.1系统模糊控制规则表一般正常生产条件下，此规则足以指导生产过程的顺利进行。

8、但若遇到条件突变的情况时，则可以由具有透明性和灵活性的专家系统，可以对控制规则进行完善和改进，使其更加完善，更好地指导控制过程。（3）绘制模糊集合的隶属函数曲线模糊集合的隶属函数隶属曲线一般有三角形，梯形，正态曲线等。曲