ＭＷＣ计算机模糊控制系统

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1、计算机模糊控制系统 摘要 本文研究在研究卷烟平均重量控制系统的总体方案，论述了系统总体设计、硬件设计和软件设计；而且经过模糊自动控制原理的分析和模糊控制器的设计，将模糊控制应用于烟重控制系统中，并针对卷烟机的卷烟平均重量自动控制。文中用于控制烟重的新的模糊控制算法，可作为一个通用的控制算法。算法包括模糊控制器的输入输出。控制器用平均重量的偏差和改变率来维持一个恒定的输出烟重。计算机模糊控制系统介绍新型烟棒生产线实时重量检测控制系统是南京智能技术研究所和本文作者联合研究设计、协作研制开发的一个科研项目。它是卷烟生产流水线的关键设施，能用于生产中进行性能测试、成品质量抽捡、采集和处理数据、控制生产

2、等工作的配套综合系统。计算机系统的使用、微机化数字仪表的研制和优秀的模糊控制技术的应用，必将使该系统能在实用、可靠的基础上，同时具有性能优越、技术优秀、操作灵活、维护方便等特点，它也应该成为新型卷烟生产流水线的最好选择。在卷烟平均重量集散微机测控系统中，采取了优秀的模糊控制器作为卷烟平均重量控制器，该控制器在响应快、超调小、对参数改变不敏感等方面均优于传统控制的控制效果。本系统中对于烟重等步骤所采取的优秀的模糊控制方法，将把卷烟平均重量测控系统推向新的高度。 模糊控制器总述（实用的模糊微机控制系统）在卷烟平均重量控制系统（）中，对于烟重等控制对象，采取了一个新的控制算法自调整模糊控制算法，它以

3、重量偏差及其改变率为输入，平整电机转速为输出，在总结熟练的技术工人的丰富经验的基础上，制订模糊控制规则，应用模糊推理合成规则，计算出用于该控制回路实时控制的基础模糊控制器查询表；同时为获取很好的控制效果，采取了在线自动调整量化因子和百分比因子的结构模式。该算法含有良好的跟踪性能和抗扰动性能，可作为一个通用的控制算法。模糊控制器方框图图所表示。离线模糊F算法图 模糊控制器总框图图中，输出值是和红外线检测器实测烟重对应的数字量，是卷烟生产过程所要求的卷烟平均重量值（数字量），计算机将值和给定值相比较，得出烟重偏差数字量，经计算机处理能够取得偏差改变的数字量（ii，其中i为前次的偏差；i为此次的偏差

4、），和作为模糊控制器的输入，模糊控制器输出的控制量是应该调整的数字量，对应着平整电机的转速、方向及步数。 其中。烟重基准值为（）。偏差测量值范围为（过重极限控制极限）（）。重量偏差改变率为（）（）。步进电机转速控制范围为。依据控制规则，能够求出对应的模糊关系，有了，对于和的任何值，经过模糊算法（合成推理规则），能够求出对应的输出变量的值，再用加权平均法就可求出对应的实施量。如上所述，对于和的每一组值，全部可求出对应的实施量，不过这种计算是相当繁琐的，计算量很大，不能立刻做出反应，不适于实时控制。克服这一缺点的处理方法是：能够离线（即事先）先做模糊决议表（又叫查询表、控制表、如表所表示），并将此

5、表输入计算机。在控制过程中，计算机把采样后经变换得到的输入和，和表的行和列比较，可立刻得出实施量。所以，实际模糊控制（算法）分为在线和离线两部分。 模糊控制器的结构设计（算法预处理）一、确定语言变量、语言变量的基础论域依据控制方案，选择基础模糊控制器的输入语言变量为重量偏差、重量偏差改变率，输出语言变量为平整电机转速。重量偏差的基础论域为 ，。重量偏差改变率的基础论域为 ，。平整电机转速的基础论域为 ，。二、选择模糊状态（语言变量、的语言值）描述词汇太轻，轻，较轻，正常，较重，重，太重。简记为，；很快，快，稍快，正常，稍慢，慢，很慢。简记为，；正大，正中，正小，保持，负小，负中，负大。简记为，

6、；三、定义模糊集（语言变量、所取的模糊集合的论域）将在基础论域内连续改变的、离散化（即量化）后分成（）、（）、（）级（档）。语言变量、所取的模糊集合的论域：所取的模糊集合的论域，。所取的模糊集合的论域，。所取的模糊集合的论域，。四、确定量化因子和百分比因子重量偏差的量化因子 重量偏差改变率的量化因子 平整电机控制转速的百分比因子 五、建立语言变量赋值表在确定语言变量的基础论域和论域元素量化等级后，语言变量中各模糊子集的隶属函数取正态型分布函数或按均匀型分布函数，在此基础之上，建立语言变量的赋值表。表 语言变量赋值表隶属度/语言值 3 2 1 0 +1 +2 +3 000010000.50.50

7、00.51000100010.5000.50.500010000表 语言变量赋值表隶属度/语言值 3 2 1 0 +1 +2 +3 00001000010000100001000010000100001表 语言变量赋值表隶属度语言值 4 3 2 1 0 +1 +2 +3 +4 000010000.50.500010000.50.50000.50000100 01000 0.50.5000 10000六、确定模糊控制状态表（提取、制订模糊控制规则）依据上述各语言变量赋值表，基于操作者的实践经验，经过操作者手动控制策略的总结，为卷烟平均重量控制系统结构模糊控制规则（模糊模型）。即把代表控制规则的模

8、糊条件语句简写为模糊控制状态表。表 模糊控制规则表 模糊控制器的算法设计一、模糊算法（离线部分）模糊算法由模糊化、合成算法、判决三步组成。输入模糊化查找语言变量和的赋值表，找出测量值、的量化值、上和最大隶属度对应的语言值所决定的模糊集合、。模糊集合、便代表确定数、的模糊化。比如 依据系统偏差测量值（确定数）计算出；查找偏差赋值表，在级上的隶属度、中间求取和最大隶属度对应的语言值的模糊集合为 模糊集合便是确定数偏差的模糊化。模糊算法器（合成算法）模糊控制规则在系统的控制器中，模糊控制规则的通常形式为 （用复合条件语句表示为 ： 若且则）应用模糊集合的运算规则，可求出模糊关系：式中(1,1)，(m

9、,n)，即 （） (i,j)运算的含义由下式定义：，（，） （）（）（）， （）（）(i,j)（），其中：、分别是偏差、偏差改变率、控制量的论域；，分别是论域，上的模糊集。也分别是偏差、偏差改变率及控制量的语言值；1,2,m，1,2,n，1,2,m*n；，。）模糊算法用模糊推理合成规则（法）算出模糊控制器输出的控制量，设控制规则对应的模糊关系为，输入分别取模糊集为，则输出的控制量的改变为模糊集（) （表示模糊关系的合成）即 （） （，）（）（） 依据上式，每一条控制规则可求出对应的，控制为 模糊判决依据模糊输出来确定控制量的详细数值（确切值）。方法：（加权平均法，取隶属度作为权系数）设（）（）（）。则确定实施量的公式 （） （）小结假如系统的偏差为论域中的元素，偏差改变率为论域中的元素，依据上述算法，能够算出对应的控制量的改变。结合表、经计算机大量计算，对论域、中全部元素的全部组合全部计算出对应的以论域元素表示的控制量改变值，并写成矩阵（）。即得到如表所表示的控制表，将表中的数据存放到过程控制计算机的内存中，便可在线使用。（矩阵即为模糊控制器的查询表。）表 模糊控制器查询表(yj)(zij)(xi)