转台伺服系统模糊PID复合控制算法
收稿日期:2007-11-17.
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50375102).
作者简介:夏加宽(1962-),男,江苏泰县人,教授,博士生导师,主要从事永磁电机设计、交流伺服系统、鲁棒控制、智能控制等方面
的研究.
文章编号:1000-1646(2008)02-0134-05
转台伺服系统模糊PID 复合控制算法
夏加宽,苗 宇,袁 宏
(沈阳工业大学电气工程学院,沈阳110023)
摘 要:针对直接驱动数控转台用环形永磁力矩电机表现出的非线性、强耦合、时变的特点,以及难于精确建模的问题,提出了模糊控制和PID 相结合、并能平滑切换的复合控制方法,用模糊控制技术提高伺服系统的动态性能,用P ID 控制保证系统的稳态性能,引入平滑函数改善控制切换过程.由于在整个控制过程中的不同阶段采用不同的控制方式,既继承了常规控制无静差、静态稳定性好的特点,同时又兼有模糊控制适应能力强、动态性能好的优势,避免了阈值切换导致的系统不稳定.仿真结果表明,该控制算法可以获得满意的控制效果,减小了位置跟随误差,对非线性扰动因素具有良好的适应性.
关 键 词:环形力矩电机;模糊控制;P ID 控制;平滑切换;复合控制中图分类号:T P 273;T M 359 6 文献标志码:A
Fuzzy PID compound control algorithm of rotary table servo system
XIA Jia kuan,MIAO Yu,YUAN Hong
(School of Electr ical Engineering,Sheny ang U niversit y of T echnolog y,Shenyang 110023,China)
Abstract:For the complic ated characteristics of ring permanent magnet torque motor such as nonlinearity,strong
c oupling an
d tim
e varying,as w ell as the difficulty in getting their mathematic models,a smooth switch compound c ontrol method c ombining fuzzy with PID was proposed.The dynamic characteristic o
f servo system is enhanced by fuzzy control,the static performance is ensured by PID control,and the switchin
g process between two control methods is improved by a smoot
h function.Because different c ontrol schemes are used in different stages in whole c ontrol process,the c ontroller keeps the strong suitability of PID c ontrol,and has good static and dynamic performanc e.The proposed algorithm avoids system instability due to threshold sw itching.The simulating results show that the scheme has good c ontrol performances,low tracking error and strongly adaptive ability to nonlinear disturbances.
Key words:ring permanent magnet torque motor;fuzzy control;PID control;smooth switch;compound
control 伺服系统要求实现快、稳、准的位置控制.普通的伺服电机通常转速较高而转矩较小,在系统中作为执行元件去拖动负载时,都必须经过齿轮减速装置,但由于齿隙的影响,往往使系统的精度和稳定性下降.尤其是民用和军事工业的快速发展,对机床加工能力提出了越来越高的要求,主要体现在精度和动态性能两个方面.这种传统驱动
方式由于受到自身结构的制约,不大可能再实现技术上的突破,而直接驱动却具有能够适应和满
足这种要求的能力,于是作为一种理想的驱动方式,直接驱动便应运而生.为了减小甚至消除误差,简化系统结构,提高精度和稳定性,达到少用或不用减速器的目的,本文研制并应用了力矩电动机.它具有低转速、大转矩和高精度等特点,可
第30卷第2期2008年4月
沈 阳 工 业 大 学 学 报Journal of Shenyang
University of Technology Vol 30No 2Apr 2008
以满足伺服系统更高性能要求.
近年来,电力传动系统的智能控制成为热点,其目的就是提高控制系统的鲁棒性.在诸多的控制策略中,常规的PID控制是最早发展起来的控制策略之一,对于可建立精确数学模型的控制系统,其具有算法简单、精度高、可靠性强的优点.但对于电动机调速系统,由于被控对象复杂,系统表现出了非线性、强耦合以及时变的特点,难于精确建模,使得控制系统的鲁棒性不尽人意.而模糊控制不依赖被控对象的数学模型,其控制规则通过对操作者的经验进行归纳和优化而得到,因此,在工业过程中得到了广泛的应用.在本控制系统中,将模糊控制与PID控制两者结合起来,扬长避短,既具有模糊控制灵活而适应性强的优点,又具有PID控制精度高的特点,能明显改善系统的静态和动态性能,有较好的控制效果.
1 环形永磁力矩电机的结构及数学
模型
环形永磁力矩电机是一种为转台直接驱动专门设计的三相永磁同步电动机,图1为环形永磁力矩电机直接驱动转台的结构示意图.图中结构是内转子型,也可以做成外转子型,其结构具有以下特点:
1)直径/长度比很大,轴向长度很短,转轴是中空的,转子呈薄环状.这种结构保证了低惯量,也适应了旋转工作台的整体设计要求,转轴中空为优化机械设计增大了柔性.
2)极数多,转子上可安排大量的永磁体,可提供高转矩[1-2].
由于环形永磁力矩电机的气隙相对较大,故可以合理假设电机无饱和,并忽略铁损,则转台系统在d q坐标系下的动态方程表示为
d i q
d t
=
1
L q
(u q-R s i q- L d i d- f)
d i d
d t
=
1
L d
(u d-R s i d+ L q i q)
T e=
3
2
p[ f i q+(L d-L q)i d i q]=
J
d
d t
+B+T L
(1)
式中:u d、u q、i d、i q、L d、L q d、q轴上的定子电
压、电流和电感;
R s 定子相绕组电阻;
f 永磁磁链;
转子的电角速度;
机械角速度;
J 整个转台系统的转动惯量;
B 粘滞摩擦系数;
T e 电磁转矩;
T L 负载转矩;
p 极对数.
图1 环形永磁力矩电机直接驱动转台
Fig 1 Ring permanent magnet torque
motor direct drive rotary table
当只考虑基波分量时,电流内环采用电流在d 轴上的分量i d=0的控制策略,使定子电流矢量与永磁体磁场在空间上正交.则式(1)可简化成
d i q
d t
=1
L q
(u q-R s i q- f)
d
d t
=
1
J
(T e-B-T L)
T e=
3
2p f i q=K T i q
(2)式中,K T=
3
2
p f为环形力矩电机的转矩系数.则标称被控对象模型的传递函数为
P0(s)=
K T
J0s+B0
(3)式中,J0和B0分别为J和B的额定值.
2 控制器设计
模糊控制具有不依赖被控对象的数学模型,算法简单、易于实现,能够直接从操作者经验归纳和优化得到,适应能力强、抗干扰能力强、鲁棒性好等优点[3],因此,在工业过程中得到了广泛的应用.但它是一种非线性控制,控制精度不高,存在静态余差;而传统的PID控制却能使控制精度大大提高,消除稳态误差[4].本系统采取了连续型模糊控制器和PID控制器相结合的控制策略.
平滑切换模糊PID控制器设计的基本思想是:在大偏差时采用模糊控制,使系统获得良好的动态性能;在小偏差时采用PID控制,使系统消
135
第2期夏加宽,等:转台伺服系统模糊PID复合控制算法
除稳态误差,提高伺服精度;在模糊控制与PID 控制的切换点附近建立过渡区域,使控制算法平滑切换,避免在切换点算法改变导致的系统不稳定.平滑切换模糊PID 控制器与开关切换模糊
PID 控制器的区别就是增加了一个切换过渡区域,在该区域模糊控制和PID 控制同时起作用.图2为平滑切换模糊PID 控制器结构,主要包括模糊控制器、PID 控制器和平滑切换控制因子
.
图2 控制器结构
Fig 2 Block diagram of controller structure
2 1 模糊控制器设计
模糊控制器采用二维模糊控制机构、双输入单输出模型[5],输入为误差e 和误差变化率ec,输出为控制量u F Z ,设系统的参考输入为r ,反馈为y ,有
e(k )=r (k )-y (k)
(4)
ec(k )=e(k )-e(k -1) (5)
相应的模糊子集E 、EC 和U 设定为{负大,负中,负小,零,正小,正中,正大},用英文缩写为{NB ,NM ,NS ,ZE ,PS ,PM ,PB }.E 、EC 和U 的论域等级均为{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6},隶属度函数定义为图3所示的均匀分布三角形函数
.
图3 E 、E C 和U 隶属度函数曲线Fig 3 Membership curves of E ,EC and U
模糊控制器设计包括模糊化、逻辑推理和清晰化过程[6].根据系统要求和实验,确定表1的模糊控制规则.
取E 、EC 或U 的基本论域为[x min ,x max ],则模糊化输入的量化因子为
K =
12
x max -x min
(6)
相应的量化表达式为
y =k(x -x max +x min
2
) (7)
表1 模糊控制规则表Tab 1 Fuzzy control rule
E EC
NB N M N S ZE PS PM PB N B
NB NB NB NB N M ZE ZE N M NB NB NB NB N M ZE ZE N S N S N S N S N S ZE PS PS ZE N S N S N S ZE PS PS PS PS N S N S ZE PS PM PM PS PM ZE ZE PM PB PB PB PB PB
ZE
ZE
PM
PB
PB
PB
PB
推理结果按照加权平均法进行清晰化处理后得到模糊控制器的输出,即有
u FUZZY =
n
i=1
x i !(x i )
n
i=1
!(x i )
(8)
式中,!(x i )为x i 点处的隶属度函数值.2 2 PID 控制器
一般PID 控制器的位置差分算式为
u(k)=K P e(k)+K I
n
i=1
e(i)+
K D ?e(k ) (9)
式(9)中微分(K D )的作用是提高系统的动态特性,但对于伺服系统频繁的位置命令变化,会造成系统的冲击.因此将微分项做超前处理,并构
成负反馈环节,实际的PID 算法差分式为u PID (k)=K P e(k )+K I n
i=1e(i)-K D ?y (k)(10)
式(10)中的K P 、K I 和K D 是根据扩充临界比例度法,经过大量的仿真试验确定的.
显然微分环节已演变成速度调节环节,K D 成为带阻尼特性的速度环反馈增益系数.在力矩电机伺服系统中,驱动器已内含了电流调节环节,
可以稳定力矩电机的输出力矩,配合经改进PID
而间接构造出的速度和位置环节所形成的位置、速度和电流三闭环控制,对力矩电机的稳定运行起重要的作用.
2 3 平滑切换函数设计
一般的二维模糊PID 控制算法,根据误差信号是否达到阈值来决定何时在模糊控制与PID 控制之间切换[7].误差阈值以外模糊控制起作
用,误差阈值以内只有PID 控制起作用,但这种开关切换方式具有突变性,会使系统在切换点邻域产生不稳定
[8-9]
,为此引入平滑切换函数,经
136 沈 阳 工 业 大 学 学 报
第30卷
过加权后的模糊PID 控制器输出为
u =#(e)u FZ +[1-#(e)]u P ID
(11)
#(e)为平滑切换函数,#(e)越大,模糊控制作用越大,PID 控制作用越小.将#(e)构造为#(e)=0 e !e 1
#(e)=
exp (e ?)-ex p (e 1?)
ex p (e 2?)-exp (e 1?)
e 1<
e #(e)=1 e ?e 2 (12) 式中,e 1和e 2为模糊控制作用分界点,当误差 e 图4中曲线显示了?对# (e)的影响,取e 1=0 005m m,e 2=0 05mm,误差范围[-0 05mm,-0 005mm]和[0 005mm ,0 05mm]为PID 控制和模糊控制的过渡区域.?越小,随着误差增大,模糊控制作用越快速增强;?越大,在过渡区域前期,随着误差增大,模糊控制作用越缓慢增大,但PID 控制仍起主导作用.当接近模糊控制区域时,模糊控制作用快速增大. 图4 平滑切换函数曲线 Fig 4 Curves of smooth switch f unction 3 仿真结果及其分析 环形永磁力矩电机选用德国CyTec 公司生产的RM410/100型环形力矩电机, 其参数为电感L =220 4mH,电阻R #[8T = 20? 10 5T = 20? ] ,整个 转台系统的转动惯量为J =5 2kg %m 2 ,粘滞摩擦系数为B =12Nm %s/rad,环形力矩电机的转矩系数为K T =85Nm/A. 图5和图6分别为转台伺服系统的阶跃响应曲线和斜坡跟踪曲线.图中:A 为系统给定曲线; B 为基于平滑切换的模糊PID 控制的转台伺服系统的响应曲线; C 为基于开关切换的模糊PI D 控制的转台伺服系统的响应曲线. 图5 转台伺服系统阶跃响应曲线Fig 5 Step responses of rotary table servo system 图6 转台伺服系统的三角波跟踪响应曲线Fig 6 Triangular wave tracking curves of rotary table servo system 由图5容易得出,平滑切换模糊PID 算法提高了动态性能和响应速度,减小了超调量.而从图6中可以看出,平滑切换模糊PID 算法的跟随误差明显小于开关切换的模糊PID 控制. 4 结 论 数控转台驱动用直接驱动方式代替传统驱动方式成为驱动技术的发展趋势,但由于被控对象 复杂,系统表现出了非线性、强耦合以及时变的特点,难于精确建模,使得控制系统的鲁棒性不尽人意.平滑切换模糊PID 控制器结合了模糊控制器和传统PID 控制器的优点,利用模糊控制技术提高了伺服系统的动态性能,利用PID 控制保证了系统的稳态性能.平滑函数的引入改善了模糊算法和PID 算法的切换过程,使控制算法的过渡更加平滑,避免了控制算法切换导致的系统不稳定.仿真结果证明平滑切换模糊PID 控制提高了系 137 第2期夏加宽,等:转台伺服系统模糊PID 复合控制算法 统的响应速度,相对于开关切换的模糊PID控制算法,降低了轨迹跟随误差. 参考文献(References): [1]王成元,周美文,郭庆鼎.矢量控制交流伺服驱动电 动机[M].北京:机械工业出版社,1994. 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(HU AN G Hong,T AN G Yi,ZHAN G Yan.Application of cont inuous fuzzy P ID compound controller in direct current posit ion servo systems[J].Journal of Beijing Institute of T echnology,2004,24(6):520-523.) (责任编辑:邓美艳 英文审校:杨俊友) (上接第124页) 择应考虑的问题,在遵从性能指标的基础上,提出了具体的电机设计方案并进行了ANSYS电磁场分析计算,结果表明设计方案符合性能指标要求. 参考文献(References): [1]叶金虎,徐思海,施民生,等.无刷直流电动机[M]. 北京:科学出版社,1992. (YE Jin hu,XU Si hai,SHI M in sheng,et al.Brushless DC moto r[M].Beijing:Science Pr ess,1992.) [2]葛新,韩光鲜.无刷直流电动机基本特性的预测与绕 组设计[J].微电机,2004(1):3-7. (GE X in,HA N Guang x ian.Basic characteristics fore cast and winding design of BL DCM[J].M icromotors Servo T echnique,2004(1):3-7.) [3]王宗培,韩光鲜.正弦波驱动无刷直流电动机的电势 系数[J].微电机,2003(3):3-7. (WAN G Zong pei,HAN Guang x ian.EM F constant of sine w av e driv ing BL DCM[J].M icromotors Servo T echnique,2003(3):3-7.) [4]韩光鲜,王宗培.无刷直流电动机定子绕组的星形和 三角形联接[J].微电机,2003(1):3-6. (HAN Guang x ian,WAN G Zong pei.Star connection and delta connection of BL DCM stator windings[J]. 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(责任编辑:邓美艳 英文审校:杨俊友) 138 沈 阳 工 业 大 学 学 报第30卷 一、速度控制算法： 首先定义速度偏差-50 km/h ≤e （k ）≤50km/h ，-20≤ec （i ）= e （k ）- e （k-1）≤20，阀值e swith =10km/h 设计思想：油门控制采用增量式PID 控制算法,刹车控制采用模糊控制算法，最后通过选择规则进行选择控制量输入。 选择规则： e （k ）<0 ① e （k ）>- e swith and throttlr_1≠0 选择油门控制 ② 否则：先将油门控制量置0，再选择刹车控制 0 一、速度控制算法： 欧阳歌谷（2021.02.01） 首先定义速度偏差-50 km/h≤e（k）≤50km/h，-20≤ec（i）=e（k）-e（k-1）≤20，阀值eswith=10km/h 设计思想：油门控制采用增量式PID控制算法,刹车控制采用模糊控制算法，最后通过选择规则进行选择控制量输入。 选择规则： e（k）<0 ①e（k）>-eswith and throttlr_1≠0 选择油门控制 ②否则：先将油门控制量置0，再选择刹车控制 0 E/EC和U取相同的隶属度函数即： 说明：边界选择钟形隶属度函数，中间选用三角形隶属度函数，图像略 实际EC和E输入值若超出论域范围，则取相应的端点值。 3.模糊控制规则 由隶属度函数可以得到语言值隶属度（通过图像直接可以看出）如下表： 表1：E/EC和U语言值隶属度向量表 设置模糊规则库如下表： 表2：模糊规则表 3.模糊推理 由模糊规则表3可以知道输入E与EC和输出U的模糊关系，这里我取两个例子做模糊推理如下： if (E is NB) and (EC is NM) then (U is PB) 那么他的模糊关系子矩阵为： 模糊控制的应用 学院实验学院 专业电子信息工程 姓名 指导教师___________ 日期20门年9月20日 在自动控制中，包括经典理论和现代控制理论中有一个共同的特点，即控制器的综合设计都要建立在被控对象准确的数学模型（如微分方程等） 的基础上，但是在实际工业生产中，很多系统的影响因素很多，十分复杂。建立精确的数学模型特别困难，甚至是不可能的。这种情况下，模糊控制的诞生就显得意头重大，模糊控制不用建立数学模型，根据实际系统的输入输出的结果数据，参考现场操作人员的运行经验，就可对系统进行实时控制。模糊控制实际上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。现代控制系统中的的控制能方便地解决工业领域常见的非线性、时变、在滞后、强耦合、变结构、结束条件苛刻等复杂问题。可编程控制器以其高可靠性、编程方便、耐恶劣环境、功能强大等特性很好地解决了工业控制领域普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题，这两者的结合，可在实际工程中广泛应用。 所谓模糊控制，其定义是是以模糊数学作为理论基础，以人的控制经验作为控制的知识模型，以模糊集合、模糊语言变量以及模糊逻辑推理作为控制算法的一种控制。模糊控制具有以下突出特点： ⑴模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点 是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确的数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用 ⑵由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控 制对那些数学模型难以获取，动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。 ⑶基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同， 容易导致较大差异；但一个系统语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器。 ⑷模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人 工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。 ⑸模糊控制系统的鲁棒性強，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减 弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。 由于有着诸多优点，模糊理论在控制领域得到了广泛应用。下面我们就以下示例介绍模糊控制在实际中的应用： 电机调速控制系统见图1,模糊控制器的输入变量为实际转速与转速给定值之间的差值e及其变化率仝，输出变量为电机的电压变化量u。图2为电机调试输出结果，其横坐标为时间轴，纵坐标为转速。当设定转速为2 OOOr / s时，电机能很快稳定运行于2 OOOr / s;当设定转速下降到1 OOOr / s时，转速又很快下降到1 OOOr / s稳定运 行。 选取一个模糊控制的实例讲解，有文章，有仿真，有详细的推导过程。 一．实验题目：基于模糊控制系统的单级倒立摆 二．实验目的与要求： 倒立摆是联结在小车上的杆，通过小车的运动能保持竖立不倒的一种装置，它是一个典型的非线性、快速、多变量和自然不稳定系统，但是我们可以通过对它施加一定的控制使其稳定。对它的研究在理论上和方法上都有其重要意义。倒立摆的研究不仅要追求增加摆的级数，而且更重要的是如何发展现有的控制方法。同时, 它和火箭的姿态控制以及步行机器 人的稳定控制有很多相似之处，由此研究产生的理论和方法对一般工业过程也有广泛用途。 本文研究了倒立摆的控制机理，用Lagrange 方法推导了一级倒立摆的数学模型，这为研究多级和其它类型的倒立摆甚至更高层次的控制策略奠定了一个良好的基础。对系统进行了稳定性、可控性分析，得出倒立摆系统是一个开环不稳定但可控的系统的结论。 本文主要研究用极点配置、最优控制和模糊控制方法对倒立摆进行稳定控制。最优控制方法是基于状态反馈，但能实现输出指标最优的一种控制方法，方法和参数调节较简单，有着广泛的应用。模糊控制有不依赖于数学模型、适用于非线性系统等优点，所以本文尝试了用模糊控制对倒立摆进行控制，以将先进的控制方法用于实际中。 同时，对倒立摆系统的研究也将遵循从建模到仿真到实控，软硬件结合的系统的控制流程。在这过程中，借助数学工具Matlab7及仿真软件Simulink，作了大量的仿真研究工作，仿真结果表明系统能跟踪输入，并具有较好的抗干扰性。最后对实验室的倒立摆装置进行了软、硬件的调试，获得了较好的控制效果。 三．实验步骤： 1.一级倒立摆系统模型的建立 在忽略了空气阻力、各种摩擦之后（这也是为了保证Lagrange 方程的建立），可 将一级倒立摆系统抽象为由小车和匀质杆组成的系统，本系统设定如下： 小车质量M；摆杆质量m，长为l；小车在x 轴上移动；摆与竖直方向夹角为θ，规定正方向如图所示；加在小车x 轴上的力为F； 模糊控制的应用实例 与分析 模糊控制的应用 学院实验学院 专业电子信息工程 姓名 指导教师 日期 2011 年 9 月 20 日 在自动控制中，包括经典理论和现代控制理论中有一个共同的特点，即控制器的综合设计都要建立在被控对象准确的数学模型(如微分方程等)的基础上，但是在实际工业生产中，很多系统的影响因素很多，十分复杂。建立精确的数学模型特别困难，甚至是不可能的。这种情况下，模糊控制的诞生就显得意义重大，模糊控制不用建立数学模型，根据实际系统的输入输出的结果数据，参考现场操作人员的运行经验，就可对系统进行实时控制。模糊控制实际上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。现代控制系统中的的控制能方便地解决工业领域常见的非线性、时变、在滞后、强耦合、变结构、结束条件苛刻等复杂问题。可编程控制器以其高可靠性、编程方便、耐恶劣环境、功能强大等特性很好地解决了工业控制领域普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题，这两者的结合，可在实际工程中广泛应用。 所谓模糊控制，其定义是是以模糊数学作为理论基础，以人的控制经验作为控制的知识模型，以模糊集合、模糊语言变量以及模糊逻辑推理作为控制算法的一种控制。模糊控制具有以下突出特点： (1)模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是 现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确的数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用 (2)由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制 对那些数学模型难以获取，动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。 本科生毕业论文(设计) 调研报告 题目：基于模糊控制算法的 温度控制系统的设计学生姓名： 学号： 专业班级： 指导教师： 完成时间：年月日 基于模糊控制算法的温度控制系统的设计 一、主要目标任务： 综合运用所学知识，如《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《自动控制原理》、《微机原理》、《单片机原理与应用》，设计一个基于模糊控制算法的温度控制系统。 1）对以前所学知识进行系统的复习，全面的综合并将其联贯。 2）学会了独立的分析和解决问题和进行相关社会调查的能力 3）学会了查阅文献的方法和培养查阅文献的良好习惯。 4）提高专业相关外文的阅读、翻译能力。提高专业英语水平。 5）提高编写程序的水平，优化软件结构。提高电脑绘图水平。 二、技术性能指标： 1）温度控制在0~100度（水温），误差为±0.5。C。 2）恒温控制。 3）LED实时显示系统温度。并通过键盘输入给定温度 三、简要工作原理 以AT89C51单片机为模糊控制器，结合温度传感变送器，A/D转换器、LED显示器、静态电子开关等，设计出一个基于模糊控制算法的温度控制系统。 在系统中，温度传感变送器获得温度的感应电压，转变成1~5V的标准电压信号，再由A/D转换器转换成数字信号进入单片机内部。单片机将给定电压的A/D转换结果与测量电压的结果相比较，得出偏差量。然后跟据模糊控制算法得出控制量。在执行器中由开关频率较高的静态电子开关完成，采用模拟的PWM控制方法，改变同一个周期中电子开关的闭合时间。 从而调节加热开关的导通时间，以达到控制效果的目的。 四、课题文献综述 1、《动力锅炉燃烧系统的模糊控制策略》 1）作者：刘向杰、柴天佑、刘红波 2）摘要：基于模糊控制策略给出了锅炉系统新的控制方法。工业锅炉的主要动态包括非线性、非最小相位特征、不稳定性、时滞和负荷干扰，采 用传统控制方法难以实施有效的控制。运用GPE（Gausian partition with evenly spaced midpoints）模糊控制系统对锅炉对象的主汽压进行研究和 实时控制，模糊控制器能够克服许多干扰因素，产生良好的控制效果， 最后给出了模糊控制同传统方法的比较结果。 3）模糊控制器的应用 本文的线性推理规则表示：IF error is Ej and rate is Rj THEN output is U(i+j)。Ei代表着一个误差模糊，Rj代表一个误差变化率模糊集，U(i+j)代表着一个输出量模糊集。 4）实施结果 上述控制策略用于现场实际对象，尽管现场运行存在很大的干扰，主 一、速度控制算法： 欧阳学文 首先定义速度偏差50 km/h≤e（k）≤50km/h，20≤ec（i）=e（k）e（k1）≤20，阀值eswith=10km/h 设计思想：油门控制采用增量式PID控制算法,刹车控制采用模糊控制算法，最后通过选择规则进行选择控制量输入。 选择规则： e（k）<0 ①e（k）>eswith and throttlr_1≠0 选择油门控制 ②否则：先将油门控制量置0，再选择刹车控制 0 E、ec和u均取离散度n=3，离散化后得到三个量的语言值论域分别为： E=EC=U={3,2,1,0,1,2,3} 其对应语言值为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB} 2.确定隶属度函数 E/EC和U取相同的隶属度函数即： 说明：边界选择钟形隶属度函数，中间选用三角形隶属度函数，图像略 实际EC和E输入值若超出论域范围，则取相应的端点值。 3.模糊控制规则 由隶属度函数可以得到语言值隶属度（通过图像直接可以看出）如下表： 表1：E/EC和U语言值隶属度向量表 设置模糊规则库如下表： 表2：模糊规则表 U E EC —NB NM NS ZO PS PM PB NB PB PB PM PM PS ZO ZO NM PB PM PM PS ZO ZO NS NS PM PM PS PS ZO NS NS ZO PM PS PS ZO ZO NS NM PS PS PS ZO ZO ZO NS NM PM PS ZO ZO ZO NS NM NB PB ZO ZO ZO NS* NM NM NB 3.模糊推理 由模糊规则表3可以知道输入E与EC和输出U的模糊关系，这里我取两个例子做模糊推理如下： if (E is NB) and (EC is NM) then (U is PB) 那么他的模糊关系子矩阵为： 其中，,即表1中NB对应行向量，同理可以得到， , if (E is NVB or NB) and (EC is NVB) then (U is PVB) 结果略 按此法可得到27个关系子矩阵，对所有子矩阵取并集得到模糊关系矩阵如下： 由R可以得到模拟量输出为： 4.去模糊化 《智能控制》 课程设计报告 专业：自动化 班级：学号： 学生： 时间：13年12月30日～13年1月3日 ―――――――以下指导教师填写―――――分项成绩：出勤设计报告 总成绩： 指导教师： 设计报告要求和成绩评定 1 报告容 设计任务书（设计计划），正文，参考资料。 设计任务书（设计计划）由学生所在系安排指导教师编写，容包括设计地点、时间、安排和设计容和要求等。 正文容一般包括：（1）设计简述（设计时间、设计地点，设计方式等）；（2）设计容叙述；（3）设计成品(图纸、表格或计算结果等)；（4）设计小结和建议。 参考资料包括参考书和现场技术资料等。 2 书写用纸 A4复印纸；封面、设计任务书要求双面打印。 3 书写要求 正文容手工双面或单面书写，字迹清楚，每页20行左右，每行30字左右，排列整齐；页码居中写在页面下方；纸面上下左右4侧边距均为2厘米。 公式单占一行居中书写；插图要有图号和图题，图号和图题书写在插图下方；表格要有表号和表题，表号和表题在表格上方书写；物理量单位和符号、参考文献引用和书写以及图纸绘制要符合有关标准规定；有关细节可参考我院《毕业设计成品规》。 4 装订 装订顺序：封面，设计任务书，正文及参考资料，封底；左边为装订边，三钉装订，中间钉反向装订。 5 成绩评定 设计成绩一般由出勤（10分）、报告书写规性及成品质量（50分）、考核（40分）三 部分成绩合成后折合为优秀（90－100分）、良好（80－89分）、中（70－79分）、及格（60－69分）或不及格（60分以下）。设计考核可采取笔试、机试或其它合适的方式；不参加考核或不交报告者成绩为零分。 模糊控制算法研究 一、课程设计的目的： 1. 通过本次课程设计，进一步了解模糊控制的基本原理、模糊模型的建立和模 糊控制器的设计过程。 2. 提高学生有关控制系统的程序设计能力； 3. 熟悉Matlab语言以及在智能控制设计中的应用。 二、课程设计的基本容：模糊控制详细讲解实例
模糊控制详细讲解实例之欧阳歌谷创作
模糊控制的应用实例与分析
选取一个模糊控制的实例讲解
模糊控制的应用实例与分析资料讲解
基于模糊控制算法的温度控制系统的设计(DOC)
模糊控制详细讲解实例
模糊控制算法研究