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反應(yīng)釜溫度控制中的模糊控制方法

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一般來說,模糊控制器有三個步驟:模糊化、規(guī)則庫和推理引擎、去模糊化。

第一個,使用適當(dāng)?shù)膹膶訇P(guān)系函數(shù),將清晰的變量轉(zhuǎn)換成模糊的變量,并給控制器相應(yīng)的模糊數(shù)。隸屬函數(shù)可以是單個數(shù),三角形,梯形,矩形或任何其它類型。模糊控制器的主要部分是規(guī)則庫推理引擎,它決定了操縱變量。規(guī)則庫可以在操縱和控制變量之間通過一個已知過程關(guān)系建立。輸出集是基于隸屬函數(shù),但它們也可以是直接的組合或任何輸入的函數(shù)。在這個意義上說,去模糊化的輸出是所有輸出的平均加權(quán)。

1488939650.png

Takagi-Sugeno 控制器使用下面形式的規(guī)則:

如果[(e1 是A1)和/ 或(e2 是A2)和/ 或(e3是A3)和/ 或... 和/ 或(ek 是Ak)

則y=g(e1,e2,...,ek)

在Takagi-Sugeno 規(guī)則結(jié)構(gòu)中我們可以采用常規(guī)PID 控制器的速度表作為誤差和誤差變化的線性組合。傳統(tǒng)PID 控制器的模糊化具有許多優(yōu)點,如非線性控制法,魯棒性特征和多變量方法的可能性,同時與實現(xiàn)其它模糊控制方法相比只需要更少的工作。

PD模糊控制器的輸出函數(shù)可以這么表示

1488939021(1).png

在這項工作中使用的模糊推理系統(tǒng)是基于Takagi-Sugeno 的模型, 同時將用作Takagi-Sugeno 控制器的輸出功率。該P(yáng)D 模糊控制器的收益是從PD 控制器中的ITAE 設(shè)置的。為了更準(zhǔn)確,我們比較兩個集合的性能隸屬函數(shù)和規(guī)則庫,改進(jìn)之后的隸屬函數(shù)和規(guī)則庫示于表3。

這些術(shù)語用于在規(guī)則庫和MFs:

BN= 大負(fù)數(shù) SN = 小負(fù)數(shù) ZN= 零負(fù)數(shù)Z = 零

ZP= 零正數(shù) SP = 小正數(shù) BP= 大正數(shù)VBP= 非常大的正數(shù)

我們通過將改進(jìn)的隸屬函數(shù)零MF 變成三個。ZN,Z,ZP 這些新的改進(jìn)MFs 且規(guī)則庫需要更新。這一次,我們有更多的規(guī)則選擇所以控制動作可以被優(yōu)化。在表3 中的符號C是指控制器輸出,從PD- 模糊獲得函數(shù),SS指的是反應(yīng)釜穩(wěn)態(tài)熱損失。

當(dāng)誤差非常大正數(shù),加熱器將滿功率(FP)工作來上升溫度。當(dāng)誤差變大正數(shù),并且溫度增加,控制器開始控制輸出。但是,當(dāng)誤差變小正數(shù)且溫度接近設(shè)定值,如果誤差變化為負(fù)數(shù)或零,SS 功已經(jīng)就足夠了。但是,如果誤差變化是正的,控制器將計算出輸出功率。當(dāng)誤差約為零,以及誤差變化是大負(fù)數(shù),這意味著溫度在快速增加,所以輸出功率需要是零防止過度上升的溫度。如果誤差變化小負(fù)數(shù),則意味著溫度緩慢增加,其輸出功率必須以最小SS 防止大的變化。在小的正誤差變化情況下,SS 功率是足夠的,但如果誤差變化是大的正數(shù)時,功率應(yīng)該從控制方程中計算得到。

如果誤差變成正數(shù)且溫度超過設(shè)定點時,根據(jù)誤差變化,輸出應(yīng)趨于零,SS 或者由控制器計算得到。如果誤差變化為大的負(fù)數(shù),輸出應(yīng)為零防止過沖。如果誤差變化為零,小正數(shù)或小負(fù)數(shù),SS 功率是合適的。但是如果它變得大的正數(shù),功率應(yīng)超過原先的值來避免過度降低。