3-4模糊控制及其应用

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1、第3章模糊控制3.4模糊控制及其应用3.4.1模糊控制在退火炉燃烧过程控制中的应用1．概述要保证退火质量，实现最佳燃烧过程，控制系统应包括以下三个基本组成部分：(1)温度—燃油／空气流量调节回路；(2)燃油／空气最佳比例调节回路；(3)炉膛压力调节回路。对燃油退火炉燃烧过程的控制，首先要求克服对象特性的多变性、非线性、噪声、不对称的增益特性、较大的纯滞后等因素的影响，实现较精确的温度和压力控制。并在此基础上寻求最佳的燃烧过程，提高热效率，以达到节约能源的目的。3.4.1模糊控制在退火炉燃烧过程控制中的应用2．模糊控制系统的组成采用自寻优模糊控制器的退

2、火炉燃烧过程控制系统如图3-24所示。图中FPC为炉压模糊控制器，FTC为温度模糊控制器，FAC为油/风比模糊自寻优控制器。3.4.1模糊控制在退火炉燃烧过程控制中的应用3．模糊控制器和模糊自寻优控制器(1)模糊控制器炉温和炉压控制回路中的模糊控制器的原理图如图3-25所示。图3-25模糊控制器3.4.1模糊控制在退火炉燃烧过程控制中的应用图中和为误差及其导数，模糊控制采用常用的控制表形式，加以适当的人工修正，如表3-8所示。表3-8人工修正后的模糊控制表3.4.1模糊控制在退火炉燃烧过程控制中的应用(2)油/风比模糊自寻优控制器(最小油耗)应用模糊

3、集合理论设计的模糊自寻优控制器如图3-26所示图3-26模糊自寻优控制器3.4.1模糊控制在退火炉燃烧过程控制中的应用选择、分别为包含8个和6个语言变量的模糊子集如下={NB，NM，NS，NO，PO，PS，PM，PB}={NB，NM，NS，PS，PM，PB}其中NB，NM，NS，NO，PO，PS，PM，PB分别表示负大，负中，负小，负零，正零，正小；正中和正大。和的论域分别规定为14和12个等级，即Ya={-6，-5，…，-0，+0，…，+5，+6}Xa={-6，-5，…，-1，+1，…，+5，+6}3.4.1模糊控制在退火炉燃烧过程控制中的应用自寻

4、优搜索过程的控制规则如表3-9所示，其中为上一周期寻优步长，为本次寻优步长。表3-9模糊自寻优控制规则表3.4.1模糊控制在退火炉燃烧过程控制中的应用给定和的隶属度赋值表，应用模糊推理合成规则，计算出自寻优控制表，再加以人工修正，可得自寻优控制表3-10。表3-10模糊自寻优控制表3.4.1模糊控制在退火炉燃烧过程控制中的应用4．应用效果与结论本系统已用于北京特殊钢厂一台燃油退火炉，取得了较满意的控制效果。图3-27退火炉的温度曲线由图不难看出，手动控制难以达到工艺要求和保证可靠的质量。3.4.2电弧冶炼炉的模糊控制1．概述电弧冶炼炉控制系统是一个随

5、机干扰十分严重的非线性开关控制系统，由于客观条件的限制，无法准确地测出其描述函数，故不能建立其数学模型，用一些传统的控制方法很难取得满意的效果，因此决定采用模糊聚类分析的方法对几种主要的随机干扰进行辨识，然后在此基础上进行模糊控制，其基本原理框图如图3-28所示。3.4.2电弧冶炼炉的模糊控制图3-28模糊控制原理图图中D是差分算子，虚线所框的部分是自组织环节。从图中可以看出，这是一个以聚类分析作为前馈环节的系统。3.4.2电弧冶炼炉的模糊控制2．模糊聚类分析对事物按一定要求进行分类的数学方法，叫作聚类分析。一个模糊的分类，要由一个模糊的等价关系来确

6、定。1．抽取扰动特征(以一相为例)具体的步骤:2．模糊相似阵R的建立3．建立划分集Rλ3.4.2电弧冶炼炉的模糊控制3．模糊控制规则选用8个模糊状态。A0～A7，来描述偏差E，其论域为E={-6，-5，…，-1，0，1，…，5，6}(3—4—3)分别用7个模糊状态B0～B6，C0～C6来描述偏差变化率EC和输出量C，它们各自的论域为EC={-6，-5，…，-1，0，1，…，5，6}(3—4—4)C={-7，-6，…，-1，0，1，…，6，7}(3—4—5)3.4.2电弧冶炼炉的模糊控制由于本系统的对象情况较复杂，因而控制规则较多，归纳起来共有19条，

7、由此可构成模糊控制的核心——模糊关系R，即(3—4—6)于是模糊控制的输出便可由采样所得到的e及ec根据上述关系R算出，即(3—4—7)由于上式给出的控制策略C是个模糊量，故在具体执行时，应通过判决转为精确量，在本系统中采用加权平均判决，即(3—4—8)3.4.2电弧冶炼炉的模糊控制如前所述，本系统是有较大随机干扰的典型非线性系统，为了进一步改进模糊控制的性能，采用了部分自组织模糊控制的方式，其基本关系如下(3—4—9)式中R*(nT)是nT采样周期时的关系阵，而其中m为开关滞后系数，V(nT)为考虑了控制量校正r(nT)作用后的控制量模糊集。3.4

8、.2电弧冶炼炉的模糊控制4．控制系统的组成本系统专门设计了一套工业控制机，系统框图如图3-29所示。3.4.