1、PDF外文：http:/ of the Institute ofMeasurement and Control 30, 5 (2008) pp. 451469中北大学 2012 届毕业设计说明书 第 1 页 共 12 页 增益规划的模糊温度控制器的单向输入系统 摘要 ：在许多化工和半导体的生产过程中，温度是获得所需产品质量的一个非常重要的控制参数。一般来说，温度控制系统
2、拥有非线性时变、慢响应、时延、单向输入控 制的特点。一般很难估计它的精确动态模型，因此也很难设计一个通用的温度控制器去获得好的控制效果。增益规划的概念是指为了获得较好的控制性能而在控制的过程中调整隶属函数的变化范围。它非常适合工业上的温度控制系统。 关键词 ： 模糊控制；增益规划； 单向输入的温度控制 增益规划模糊逻辑控制 器 因为 PID 温度控制系统拥有明显的延时、单向输入非线性行为，因此对于基于精确模型的控制起来说，很难去估计一个适合的动态模型。
3、此外，由于系统的延时、单相加热输入等动态特征，温度控制系统的超调瞬态响应很难去避免和消除。因此，怎样设计一个通用的温度控制器拥有很小的超调、快速的响应特性将会是一个挑战性的研究课题。这里给出的不需要特定模型的增益规划的模糊控制策略将会解决这个问题。控制模块图如图 1 所示。 通常模糊控制方法的动机是知识的不足、动态模型的不确定性。采用模糊集理论来模拟人类的逻辑推理 。模糊控制器的主要组成部分是一套语言学的模糊控制规则和用来解释这些模规则的推理机。 这种模糊控制规则提供了语言控制知识的专家和自动控制策略的催化剂之
4、间的转化。每一条控制规则都由一个前件和一个后件组成；一种通用的规则形式可以表示为： Ri: IF X is A 1 and Y si A2 ,THEN U is C1 (1) 其中 R 是指第 i 条规则， X 和 Y 是系统输入变量， U 是输出变量。 A1 , A2 和C1 是系统相应的输入输 出论域的子集。 &nb
5、sp; 中北大学 2012 届毕业设计说明书 第 2 页 共 12 页 每一条控制规则输出的重要性依赖于输出输出语言变量的隶属函数。在这种控制系统中，模糊控制器有两种控制输入，分为误差 e 和误差变化 ce ，输出是控制电压 u 。为了简化模糊控制器的计算，输入变量 e 和 ce 的隶属函数都选用七种平等三角形的隶属函数。分别为 NB,NM,NS,ZO,PS,PM 和 PB 。这种模糊变量的隶属函数如图 4 所示。这些隶属函数的分部可以放大或者缩小通过改变隶属函数的
6、尺度参数。增益的制度参数一般是和相应的输入变量的标称范围相匹配。人类的直觉 ,当温度误差大增大时控制电压应该增 加 ,以提供更多的能量来加热温度控制腔和减少误差。另一方面，当误差接近隶属函数零的子集时，控制器就应该提供微调以改变温度误差并减少超调的趋势。这些映射参数被指定为 ge, gce 和 gu 分别指误差，误差变化和控制输出，这些可在表 1 中查阅。 参数 ge 和 gce 是分别指输入变量温度误差和误差变化的变化范围的比例因子。参数 gu 是设计来调整模糊逻辑控制电压和简化调试难度的量化因子。这种方法是一种新的增益规划模糊控制结构。这些参数的取
7、值对于增益规划模糊逻辑控制器来说不是非常的重要。他们可以通过简单的实验整定 。 然后，相同的价值可以应用到不同的温度设定阶跃响应和适当的稳态精度。对于这个温度控制系统，粗调的话 ge =5,gce =2 微调 ge =2,gce =1 可以被应用到不同的温度设定值。相应的模糊隶属函数覆盖的温度误差变化范围是粗调 6 度，微调 2.4 度，如图 5所示。控制软件的程序根据误差反馈信号可以自动切换在粗调和微调之间。控制增益 gu依赖于稳定的设定值。相应的模糊隶属函数覆盖的温度误差变化范围是粗调 6 度，微调2.4 度，如图 2 所示。控制软件的程序根据误差反馈信号可以自动切换在粗调和
8、微调之间。 中北大学 2012 届毕业设计说明书 第 3 页 共 12 页 图 1 温度控制系统的模糊控制模块图 图 2 模糊输入输出变量的隶属函数
