模糊控制器的设计

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1、WORD格式可编辑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须不断的调整溜槽的角度，但是，在

2、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控制，分别从查询表计算生成和PLC程序查询两

3、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，用计算机来实现的一中计算机智能控制[47-48]。它

4、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。专业知识整理分享WORD格式可编辑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

5、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、

6、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。(

7、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：专业知识整理分享WORD格式可编辑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控制器的算

8、法设计[48,52-54