模糊控製具有實現簡單、成本低、對采樣要求不高、無需建模等優點,它與傳統控製相比,在處理非線性大時滯係統上具有良好的效果。
1、模糊控製原理及對象
1.1模糊控製原理
模mo糊hu控kong製zhi的de基ji本ben原yuan理li是shi根gen據ju操cao作zuo者zhe的de經jing驗yan總zong結jie出chu的de控kong製zhi規gui則ze,求qiu出chu總zong的de模mo糊hu關guan係xi,再zai根gen據ju誤wu差cha和he誤wu差cha變bian化hua率lv的de整zheng體ti化hua值zhi,經jing模mo糊hu推tui理li合he成cheng規gui則ze運yun算suan,得dem相xiang應ying的de控kong製zhi量liang的de模mo糊hu集ji合he,然ran後hou得de出chu相xiang應ying的de模mo糊hu控kong製zhi規gui則ze表biao,並bing將jiang規gui則ze表biao放fang在zai內nei存cun數shu據ju庫ku內nei。在zai實shi時shi控kong製zhi時shi,實shi現xian模mo糊hu控kong製zhi的de過guo程cheng便bian轉zhuan化hua為wei查zha找zhao模mo糊hu規gui則ze表biao的de過guo程cheng。
1.2模糊控製對象
穀物烘幹過程中溫度是一個比較複雜的被控對象,本文以含水率為17%的稻穀作為研究對象。由稻穀幹燥特性和相關資料可知:當稻穀水分低於18%時,可采用55℃左右的幹燥介質。
2、模糊控製係統的設計
2.1模糊控製器設計
模糊控製器的設計主要是設定各輸入與輸出變量模糊子集的隸屬函數、模糊變量的量化域、模糊控製規則、輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)變(bian)量(liang)的(de)比(bi)例(li)變(bian)換(huan)因(yin)子(zi)等(deng)參(can)數(shu)。模(mo)糊(hu)控(kong)製(zhi)器(qi)有(you)單(dan)輸(shu)入(ru)單(dan)輸(shu)出(chu)型(xing)和(he)雙(shuang)輸(shu)入(ru)單(dan)輸(shu)出(chu)兩(liang)種(zhong)常(chang)用(yong)形(xing)式(shi)。為(wei)了(le)提(ti)高(gao)控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)和(he)響(xiang)應(ying)速(su)度(du),選(xuan)用(yong)雙(shuang)輸(shu)入(ru)單(dan)輸(shu)出(chu)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi),兩(liang)個(ge)輸(shu)入(ru)為(wei)烘(hong)幹(gan)倉(cang)內(nei)溫(wen)度(du)在(zai)線(xian)檢(jian)測(ce)值(zhi)與(yu)內(nei)存(cun)數(shu)據(ju)庫(ku)資(zi)料(liao)比(bi)較(jiao)得(de)到(dao)的(de)偏(pian)差(cha)e以及其偏差變化率△e.一個輸出為通過可逆電機調節的冷、熱風門開度,對於其論域,可把它分為7檔,如熱風門開度較大,相應冷風門開度較小,把其看成一個檔位。
2.1.1實測值的模糊化
因為在模糊邏輯推斷中運用了語言變量.而模糊控製器的輸入、輸出是確定值,所以要求有模糊化過程,將輸入確定值變成模糊變量值,以實現調節和控製作用。
本文涉及的模糊控製器有兩個輸入信號和一個輸出信號,分別為:
(1)輸入語言變量E,為給定穀物烘幹倉內溫度值T與實測穀物烘幹倉內溫度值D之差,E=T-D。
(2)輸入語言變量AE,AE=Ei+l-Ei。
(3)輸出語言變量U,為冷、熱風門開啟度或檔次。
輸入變量被劃分為負大、負中、負小、零、正小、正中、正大7個模糊狀態,分別用符號NL、NM、NS、Z0、PS、PM、PL表示,語言的隸屬函數選擇i角形和梯形:輸出變量U的取值也分為7種狀態,表示符號為CL、CM、CS、H、OS、OM、OL,每種具體輸出狀態對應7個模糊輸出狀態的隸屬度值。
2.1.2模糊控製規則生成
考慮到控製係統的非線性、大時滯等情況,根據現場熟練操作者長期工作經驗得出如下控製規則。
(1)IF(穀物烘幹倉內溫度較高)AND(溫度有上升趨勢)THEN(可逆電機逆轉,冷風門開度增大,熱風門開度減小)。
(2)IF(穀物烘幹倉內溫度較低)AND(溫度有下降趨勢)THEN(可逆電機正轉,熱風門開度增大,冷風門開度減小)。
2.2係統硬件結構設計
穀物烘幹機溫控係統由下位機8031單片機、AlD轉換器、溫度傳感器和可逆電機以及鍵盤、顯示器等主要元器件構成,如圖2所示。通過穀物烘幹機倉內安裝的溫度傳感器,在線檢測烘幹機內溫度,在溫度傳感器以及A/D轉換器的作用下,使產生的控製信號從數據總線輸入到單片機內,並通過輸出驅動模塊帶動可逆電機的正、逆轉,從而控製冷、熱風門開度,最終改變烘幹機內的溫度。
2.3係統軟件設計及計算
軟件是控製係統實現的核心,用來完成對稻穀含水率的模糊控製的任務,主要進行三部分的的工作輸入:精確量的模糊化、模糊控製規則的推理合成運算和模糊量的精確化。本文采用直接查表方式,可歸納為以下幾步:
①確定偏差、偏差變化率和控製輸出量的模糊狀態:②根據E、AE和U的的模糊狀態,根據現場實踐經驗得出模糊控製表;③查模糊控製表,可得出控製量U。係統軟件框圖如圖3所示。
通過模糊控製理論設計的穀物烘幹機溫控係統,得出控製效果如圖4所示。
3、結論
根據圖4看(kan)出(chu)采(cai)用(yong)模(mo)糊(hu)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)可(ke)以(yi)使(shi)穀(gu)物(wu)烘(hong)幹(gan)機(ji)溫(wen)控(kong)係(xi)統(tong)獲(huo)得(de)更(geng)好(hao)的(de)動(dong)態(tai)品(pin)質(zhi),對(dui)被(bei)控(kong)係(xi)統(tong)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)魯(lu)棒(bang)性(xing),超(chao)調(tiao)量(liang)小(xiao),穩(wen)態(tai)精(jing)度(du)高(gao),能(neng)很(hen)好(hao)地(di)滿(man)足(zu)現(xian)實(shi)烘(hong)幹(gan)過(guo)程(cheng)的(de)控(kong)製(zhi)要(yao)求(qiu)。
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