模糊控制技术在换热器控制系统中的应用(四)
责任编辑：chinalng 浏览：25328次 时间： 2009-09-02 12:03:09
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摘要:4.4 模糊化方法将精确量转化为模糊量的过程称为模糊化.每一个语言变量的语言值都对应一个模糊集,要确定这些模糊子集的隶属度函数,才可进行模糊化这一步.模糊化就是把输入的数据根据输入变量模糊子集的隶属度函数,找出相应的隶属度的过程.本文是将精确量离散化,如把..
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4.4 模糊化方法 将精确量转化为模糊量的过程称为模糊化.每一个语言变量的语言值都对应一个模糊集,要确定这些模糊子集的隶属度函数,才可进行模糊化这一步.模糊化就是把输入的数据根据输入变量模糊子集的隶属度函数,找出相应的隶属度的过程.本文是将精确量离散化,如把在[-6, +6]之间变化的连续量分为 七个档次,每个档次对应一个模糊集,这样处理使模 糊化过程简单.如下表1所示,在[-6, +6]区间的 离散化了的精确量与表示模糊语言的模糊量建立了 关系,这样就可以将[-6, +6]之间的任意的精确量用模糊量Y来表示,如表1.  4.5 模糊控制器的控制规则[6] 模糊控制器的控制规则是基于手动控制策略,而 手动控制策略又是人们通过学习、试验以及长期经验 积累而逐渐形成的,存储在操作者头脑中的一种技术 知识集合.手动控制作用同自动控制系统中的控制器 的作用基本相同,所不同的是手动控制决策是基于操 作系统经验和技术知识,而控制器的控制决策是基于 某种控制算法的数值运算.利用模糊集合理论和语言 变量的概念,可以把利用语言归纳的手动控制策略上 升为数值运算,于是可以利用计算机完成这个任务以 代替手动控制,从而实现模糊自动控制.模糊控制是 一种智能控制,控制规则是对人类行为和决策分析过 程最自然的描述方式,基于手动控制策略的模糊控制 规则可以用条件语句“IF……THEN……”的形式加以 描述,它建立了前件中的状态变量和后件中的控制变 量之间的联系. 设温度的误差为E,温度误差的变化为EC,热水 流量的变化为U,假定选取E及EC的语言变量的词 集均为: {NB, NM, NS, NO, PO, PS, PM, PB }选取 U的语言变量词集为: {NB, NM, NS, O, PS, PM, PB }分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中和正 大.现将操作者在操作过程中遇到的各种可能出现的 情况和相应控制策略绘制成表2.  首先考虑误差为负的情况,当误差为负大的时候,若当误差变化为负,这时误差有增大的趋势,为尽快消除己有的负大误差并抑制误差变大,所以控制量的变化取正大.当误差为负而误差变化为正时,系统 本身己有减少误差的趋势,所以为尽快消除误差且又 不超调,应取较小的控制量.若误差变化为正大或正中时,控制量不宜增大,否则造成超调会产生正误差, 因此这时控制量变化取为0等级.当误差为负小时, 系统接近稳态,若误差变化为负,选取控制量变化为 正中以抑制误差往负方向变化;若误差变化为正,系 统本身有趋势消除负小的误差,选取控制量变化为正小即可. 上述选取控制量变化的原则是:当误差大或较大时,选择控制量以尽快消除误差为主,而当误差小或 较小时,选择控制量要注意防止超调,以系统的稳定性为主要出发点. 4.6 仿真比较 本文在基于MATLAB下对两种控制系统进行了仿真比较,控制过程的输出曲线如图6所示. 从上面的仿真结果可以看出, PID控制响应速度快、超调量大、震荡周期多、稳定时间长,而且当被控对象参数发生大的变化时,控制品质明显变差,抗干扰能力和鲁棒性均较差.模糊控制无超调、调节时间短、响应速度快、稳态性能好、无稳态误差.当被控对象参数和模型结构发生大的变化时,从其超调量、响应速度、稳定性、控制精度等方面来看,控制品质明显优于PID控制,具有较强的抗干扰能力和很好的鲁棒性,有很好的控制效果.  5 结论 将模糊控制用于换热器的出口水温控制,经计算机仿真试验表明:模糊控制系统在抑制超调、加速响应、消除稳态误差、减少震荡周期等方面都得到了提 高,使系统的稳定性、抗干扰性、鲁棒性能均优于常规 PID控制,能很好地满足系统控制性能的要求.而且, 这种控制器具有结构简单、待整定参数少、控制规则 简便、易实现、调试方便、适应性强等特点,在换热器 出口温度控制中是一种很好的控制方法. 参考文献: [1]孟庆明.自动控制原理[M].北京:高等教育出版社, 2003. [2]孔微,谷丽哪,于飞.积分在提高模糊控制器精度中的 作用[J].青岛化工学院学报, 2001, 22( l): 66-68. [3]贺云波,简林,林廷沂,等.模糊控制器的3种积分改 进方法对比及应用[J].机床与液压, 2001(1): 34-35. [4]张玮,宋年年.提高模糊控制精度的研究现状[J].科 技情报开发与经济, 2002(2): 114-116. [5]朱良红,王永初.模糊与积分混合控制器[J].华侨大 学学报(自然科学出版), 2003, 24(3): 285-289. [6]楼顺天,胡昌华,张伟.基于MATLAB的系统分析与设 计———模糊系统[M].西安:西安科技大学出版社, 2001. |
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