模糊控制器的设计

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1、4基于S7-300PLC模糊控制器的设计4模糊控制器的设计4DesignofFuzzyControllor4.1概述(Introduction)随着PLC在自动控制领域内的广泛应用及被控对象的日趋复杂化，PLC控制软件的开发单纯依靠工程人员的经验显然是行不通的，而必须要有科学、有效的软件开发方法作为指导。因此，结合PLC可编程逻辑控制器的特点，应用最新控制理论、技术和方法，是进一步提高PLC软件开发效率及质量的重要途径。系统设计的目标之一就是要提高装车的均匀性，车厢中煤位的高度变化直接影响装车的均匀性，装车不均匀对车轴有很大的隐患。要保持高度值不变就必

2、须不断的调整溜槽的角度，但是，在装车过程中，煤位的高度和溜槽角度之间无法建立精确的数学模型。模糊控制它最大的特点是[43-45]：不需建立控制对象精确数学模型，只需要将操作人员的经验总结描述成计算机语言即可，因此采用模糊控制思想实现均匀装车是行之有效的方法。虽然很多PLC生产厂家推出FZ模糊推理模块，但这些专用模块价格昂贵，需使用专门的编程设备，成本高通用性差，所以自主开发基于模糊控制理论的PLC控制器有很大的工程价值。本章首先介绍了模糊控制的基本原理、模糊控制系统及模糊控制器的设计步骤；然后在对煤位高度控制系统分析的基础上，设计基于模糊理论的PLC控

3、制，分别从查询表计算生成和PLC程序查询两个部分进行设计。4.2模糊控制原理(FuzzyControlPrinciple)4.2.1模糊控制理论(FuzzyControlTheory)模糊控制理论是由美国加利福尼亚大学的自动控制理论专家L.A.Zadch教授首次提出，由英国的Mamdani首次用于工业控制的一种智能控制技术[46]。模糊控制（FUZZY）技术是一种由数学模型、计算机、人工智能、知识工程等多门科学领域相互渗透、理论性很强的科学技术。模糊控制是以人的控制经验作为控制的知识模型，以模糊集合、模糊语言变量以及模糊逻辑推理作为控制算法的数学工具，

4、用计算机来实现的一中计算机智能控制[47-48]。它的基本思想是：把人类专家对待特定的被控对象或过程的控制策略总结成一系列以“IF…THEN…”形式表示的控制规则，通过模糊推理得到控制作用集，作用与被控对象或过程。与传统的控制方法相比，它具有以下优点[48]：无需知道被控对象的数学模型；是一种反映人类智慧思维的智能控制；易被人们所接受；构造容易；鲁棒性好。4基于S7-300PLC模糊控制器的设计4.2.2模糊控制系统(FuzzyControlSystem)模糊控制系统是一种自动控制系统，它是以模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑推理为理论基础，采

5、用计算机控制技术构成的一种具有闭环结构是数字控制系统。模糊控制系统主要由模糊控制器、输入输出接口、检测装置、执行机构和被控对象等组成[46,49]。如图4-1所示。图4-1模糊控制系统的组成Figure4-1TheCompositionoftheFuzzyControlSystem模糊控制系统的结构与一般计算机数字控制系统类似，只是它的控制器为模糊控制器（图中虚线框内），并且由计算机来实现。模糊控制器（FuzzyController，FC）也称为模糊逻辑控制器[50]（FuzzyLogicController，FLC），为模糊控制系统的核心部分。它根据

6、误差信号产生合适的控制作用输出给被控对象。模糊控制器主要由模糊化接口、知识库、模糊推理机和解模糊接口组成[46,51]，各部分的作用概述如下：(1)模糊化接口这部分的作用是将输入的精确量转换成模糊量。其中包括外界的参考输入、系统的输出或状态等。(2)知识库知识库中包含了具体应用领域中的知识和要求的控制目标。它通常由数据库和模糊控制规则两部分组成：①数据库主要包括各语言变量的隶书度函数、尺度变换因子以及模糊空间的分级数等。②规则库包括了用模糊语言变量表示的一系列控制规则。它们反映了控制专家的经验和知识。(3)模糊推理机模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模

7、拟人的基于模糊概念的推理能力。该推理过程是基于模糊逻辑中的蕴涵关系及推理规则来进行的。(4)解模糊接口（清晰化）解模糊接口的作用是将模糊推理得到的控制量（模糊量）变换为实际用于控制的清晰量。它包含以下两部分内容：4基于S7-300PLC模糊控制器的设计①将模糊的控制量经清晰化变换变成表示在论域范围的清晰量。②将表示在论域氛围的清晰量经尺度变换变成实际的控制量。4.2.3模糊控制器的设计(FuzzyControllerDesign)由于模糊控制器采用数字计算机来实现的，它可以将系统的偏差从数字量化为模糊量，对模糊量按给定的规则进行模糊推理，最后把模糊推理

8、结构的模糊输出量转化为实际系统能够接受的精确数字量或模拟量。(1)模糊控制器算法设计的内容模糊