專利名稱：模糊控制方法和模糊控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機自動化模糊控制技術(shù)領(lǐng)域?？捎糜谝苯?、化工、石油、建材、交通、宇航、機器人等各類工業(yè)生產(chǎn)過程，特別適用于對難以建立數(shù)學(xué)模型的非線性、大滯后、時變的等復(fù)雜控制對象。
自1965年美國扎德教授提出模糊理論后，日本、美國、加拿大等國相繼投入力量，從事模糊理論的研究，我國也從70年代開始進行這方面的研究。
模糊理論不對事物作簡單的肯定和否定，而是用隸屬度來反映一個事物屬于某范圍的程度。隸屬度可以是0～1之間的數(shù)值，它反映了人們對客觀世界認識的規(guī)律，可以解決現(xiàn)實生活中的許多關(guān)鍵問題。
目前，在日本、美國掀起的模糊產(chǎn)品方興未艾。日本已在吸塵器、微波爐、洗衣機等家電產(chǎn)品中和工業(yè)生產(chǎn)中有所應(yīng)用普通的模糊控制模塊;美國、德國正在研究控制交通用的模糊控制系統(tǒng);英國正在水泥窯生產(chǎn)過程中應(yīng)用普通模糊控制。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對于非線性的、時變的復(fù)雜系統(tǒng)以及那些無法獲得精確數(shù)字模型的系統(tǒng)，如在高爐冶煉、有色金屬工業(yè)窯爐的自動控制、化工過程控制、人文系統(tǒng)、宇航系統(tǒng)、機器人技術(shù)以及醫(yī)學(xué)心理學(xué)等方面，用模糊控制理論及其應(yīng)用技術(shù)能獲得精確的數(shù)學(xué)模型，較好地解決這類系統(tǒng)的控制問題。但是，迄今為止，國內(nèi)外還沒有通用快速自尋優(yōu)模糊控制方法和裝置，給模糊控制技術(shù)的推廣應(yīng)用帶來困難。
本發(fā)明的目的是提供一種響應(yīng)速度快，自尋優(yōu)、控制精度高、抗干擾能力強、魯棒性好的通用快速自尋優(yōu)模糊控制方法和通用性廣、操作簡便、美觀實用的通用快速自尋優(yōu)模糊控制器。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
一種通用快速自尋優(yōu)模糊控制方法，其特征在于a以偏差e(nT)＝Y(jié)n-S的模糊集、偏差一階導(dǎo)數(shù)
(nT)＝en-en-1的模糊集、偏差二階導(dǎo)數(shù)ё(nT)＝en-en-1的模糊集為三個參數(shù)模糊集;b通過模糊關(guān)系和模糊合成算法的修正運算。c根據(jù)系統(tǒng)的滯后模糊預(yù)測和隨機變化的工況特性等不同因素，自動地對模糊控制進行修正和完善，形成自優(yōu)化模糊控制。d由推出的控制量自動修正公式γ(nT-mT)＝U(nT-mT)+δ(nT)制取的優(yōu)化控制表，實現(xiàn)最佳控制。
式中e(nT)-偏差的模糊集Yn-實測值(在線實測值)S-給定值γ-求出的修正量U-修正前的已知量δ-修正增量nT-被控對象無滯后的控制時間mT-預(yù)測出的被控對象的在線滯后時間實現(xiàn)上述方法的通用快速自尋優(yōu)模糊控制器，包括硬件和軟件，其特征在于硬件由16位高性能8098單片機系統(tǒng)、與8098單片機系統(tǒng)聯(lián)接的快速自尋優(yōu)模糊控制程序存貯器EPROM、與8098單片機系統(tǒng)聯(lián)接的開關(guān)量輸入/輸出通道、與8098單片機系統(tǒng)聯(lián)接的模擬量輸入/輸出通道、與8098單片機系統(tǒng)聯(lián)接包括數(shù)碼管和鍵盤組成的8255系統(tǒng)、與8098單片機系統(tǒng)聯(lián)接的RS-232C串行接口電路、與8098單片機系統(tǒng)聯(lián)接的RAM數(shù)據(jù)存貯器所組成。
其中，快速自尋優(yōu)模糊控制程序存貯器EPROM是將快速自尋優(yōu)模糊控制程序固化到2764EPROM芯片存貯器中。
由于采用了上述技術(shù)方案，達到了響應(yīng)速度快、自尋優(yōu)、控制精度高、抗干擾能力強、魯棒性好、機型通用性廣、操作簡便、美觀實用的通用快速自尋優(yōu)模糊控制方法和通用快速自尋優(yōu)模糊控制器。


圖1是通用快速自尋優(yōu)模糊控制器結(jié)構(gòu)圖。
圖2是通用快速自尋優(yōu)模糊控制器原理圖。
下面結(jié)合

對本發(fā)明進一步描述如下如圖1所示，通用快速自尋優(yōu)模糊控制器的硬件核心是INTEL公司1987年推出的16位高性能的8098單片機系統(tǒng)。用8098單片機開發(fā)系統(tǒng)將快速自尋優(yōu)模糊控制程序固化到2764EPROM芯片存貯器中的快速自尋優(yōu)模糊控制程序存貯器EPROM、開關(guān)量輸入/輸出通道、模擬量輸入/輸出通道、包括數(shù)碼管和鍵盤組成的8255系統(tǒng)、RS-232C串行接口電路、RAM數(shù)據(jù)存貯器等均與8098單片機系統(tǒng)進行聯(lián)接。
數(shù)碼管共8位，用于顯示時間和受控參數(shù)數(shù)值，在發(fā)生故障報警時，顯示故障狀態(tài)。鍵盤共有16個鍵，用于模糊控制參數(shù)設(shè)置以及運行的開始和仃止。RS-232C串行接口電路可與IBMPC機任何機種相聯(lián)，組成兩級通訊或集中-分散控制和管理系統(tǒng)。如與上位機AST386通訊，AST386配合模糊控制器工作，用于顯示加工曲線，對數(shù)據(jù)進行存貯和統(tǒng)計，按時打印輸出加工曲線和生產(chǎn)報表，還可以通過鍵盤向模糊控制器發(fā)出控制命令。
開關(guān)量輸入/輸出通道開關(guān)量輸入4路，經(jīng)光電耦合器輸入，具有高速響應(yīng)性能，信號幅值為TTL標準。
開關(guān)量輸出8路，經(jīng)光電耦合器輸出，接受側(cè)根據(jù)需要決定幅值和極性。
具有控制可控硅的同步信號輸入及變換電路，觸發(fā)可控硅的脈沖輸出電路，可直接用于3相電源。
模擬量輸入/輸出通道模擬量輸入4路，分辨率10位，經(jīng)隔離放大輸入，可配合熱電耦工作和直接輸入0～+5伏信號。
模擬量輸出1路，分辨率8位，經(jīng)隔離放大輸出。
通用快速自尋優(yōu)模糊控制器的軟件為快速自尋優(yōu)模塊化結(jié)構(gòu)，可分為主程序和三個中斷服務(wù)程序。
通用快速自尋優(yōu)模糊控制器的工作過程系統(tǒng)啟動后，16位高性能8098單片機系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)到快速自尋優(yōu)模糊控制程序存貯器EPROM的入口地址，順序執(zhí)行控制過程，首先檢測被控對象的控制參數(shù)，經(jīng)運算放大，模擬量輸入/輸出通道ACH，4傳給8098單片機系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，與給定值(數(shù)字量)比較，經(jīng)快速自尋優(yōu)模糊控制程序存貯器EPROM，按照偏差的模糊集、偏差一階導(dǎo)數(shù)的模糊集及偏差二階導(dǎo)數(shù)的模糊集，通過模糊關(guān)系和模糊合成算法的修正運算，并根據(jù)系統(tǒng)的滯后模糊預(yù)測和隨機變化的工況特性等因素，自動地對模糊控制進行修正和完善，形成自優(yōu)化模糊控制，由推出的控制量自動修正公式γ(nT-mT)＝U(nT-mT)+δ(nT)制取自優(yōu)化控制表，達到最佳控制運算。
這樣經(jīng)調(diào)用快速自尋優(yōu)模糊控制程序進行處理，快速模糊運算，比較模糊識別后，再經(jīng)模糊判決，得出調(diào)整量，把調(diào)整量再經(jīng)輸入/輸出通道送給執(zhí)行部件，由執(zhí)行部件完成對被控對象的一個增量，使被控對象運行在給定的范圍內(nèi)。同時通過8255系統(tǒng)顯示現(xiàn)時的時間、溫度和其它參數(shù)。
也可依據(jù)公式I(nT)＝[α·βe(nT)+(1-α)βe(nT)+(1-β)ё(nT)]三維因子算法及一表多用快速自尋優(yōu)算法進行快速自尋優(yōu)模糊控制。
其中因子α，βθ(0，1)，是一對相互制約相互影響的因子參數(shù)。
經(jīng)開發(fā)的通用快速自尋優(yōu)模糊控制器在鎢鉬還原爐、鍾熔爐及選礦破碎等工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制取得了顯著的效益。在鍾熔爐的自動控制系統(tǒng)，提高成品率25%，降低能耗20%，一臺爐年創(chuàng)經(jīng)濟交益75萬元;鎢鉬還原爐模糊控制系統(tǒng)，提高成品率25%，降低能耗20%，一臺爐年創(chuàng)經(jīng)濟效益35萬元;選礦破碎生產(chǎn)過程模糊控制系統(tǒng)，降低能耗15%，設(shè)備完好運轉(zhuǎn)率提高20%，一臺破碎機年創(chuàng)經(jīng)濟效益50萬元。
權(quán)利要求
1.一種通用快速自尋優(yōu)模糊控制方法，其特征在于a以偏差e(nT)=Yn-S的模糊集、偏差一階導(dǎo)數(shù)
(nT)=en-en-1的模糊集、偏差二階導(dǎo)數(shù)ё(nT)=
n-
n-1的模糊集為三個參數(shù)模糊集，b通過模糊關(guān)系和模糊合成算法的修正運算，c根據(jù)系統(tǒng)的滯后模糊預(yù)測和隨機變化的工況特性等不同因素，自動地對模糊控制進行修正和完善，形成自優(yōu)化模糊控制，d由推出的控制量自動修正公式γ(nT-mT)=U(nT-mT)+δ(nT)制取自優(yōu)化控制表，實現(xiàn)最佳控制。式中e(nT)-偏差的模糊集Yn-實測值(在線實測值)S-給定值γ-求出的修正量U-修正前的已知量δ-修正增量nT-被控對象無滯后的控制時間mT-預(yù)測出的被控對象的在線滯后時間
2.實現(xiàn)上述方法的通用快速自尋優(yōu)模糊控制器，包括硬件和軟件，其特征在于硬件由16位高性能8098單片機系統(tǒng)、與8098單片機系統(tǒng)聯(lián)接的快連自尋優(yōu)模糊控制程序存貯器EPROM、與8098單片機系統(tǒng)聯(lián)接的開關(guān)量輸入/輸出通道、與8098單片機系統(tǒng)聯(lián)接的模擬量輸入/輸出通道、與8098單片機系統(tǒng)聯(lián)接包括數(shù)碼管和鍵盤組成的8255系統(tǒng)、與8098單片機系統(tǒng)聯(lián)接的RS-232C串行接口電路、與8098單片機系統(tǒng)聯(lián)接的RAM數(shù)據(jù)存貯器所組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通用快速自尋優(yōu)模糊控制器，其特征在于快速自尋優(yōu)模糊控制程序存貯器EPROM是將快速自尋優(yōu)模糊控制程序固化到2764EPROM芯片存貯器中。
全文摘要
本發(fā)明涉及計算機自動化模糊控制技術(shù)領(lǐng)域。可用于冶金、化工、石油、電力、建材、交通、宇航、機器人等各類工業(yè)生產(chǎn)過程，特別適用于對難以建立數(shù)學(xué)模型的非線性、大滯后、時變的等復(fù)雜控制對象。通用快速自尋優(yōu)模糊控制方法和裝置將偏差、偏差一階導(dǎo)數(shù)、偏差二階導(dǎo)數(shù)三個模糊集，通過模糊關(guān)系和模糊合成算法自動地進行模糊控制。達到響應(yīng)速度快、控制精度高、抗干擾能力強、魯棒性好、機型通用性廣、操作簡便、美觀實用。
文檔編號G05B13/02GK1075219SQ92113109
公開日1993年8月11日 申請日期1992年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月19日
發(fā)明者田成方, 胡玉祥, 李晉宏, 王玉龍, 高連榮, 王學(xué)慧, 蘇志同 申請人:北方工業(yè)大學(xué)