基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、本科生畢業(yè)論文(設(shè)計)調(diào)研報告題 目： 基于模糊控制算法的 溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 完成時間： 年 月 日 基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計一、 主要目標任務(wù)：綜合運用所學(xué)知識，如模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、自動控制原理、微機原理、單片機原理與應(yīng)用，設(shè)計一個基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)。1）對以前所學(xué)知識進行系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，全面的綜合并將其聯(lián)貫。2）學(xué)會了獨立的分析和解決問題和進行相關(guān)社會調(diào)查的能力3）學(xué)會了查閱文獻的方法和培養(yǎng)查閱文獻的良好習(xí)慣。4）提高專業(yè)相關(guān)外文的閱讀、翻譯能力。提高專業(yè)英語水平。5）提高編寫程序的水平，優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)。提高電腦繪

2、圖水平。二、 技術(shù)性能指標：1）溫度控制在0100度（水溫），誤差為±0.5。C。2）恒溫控制。3）LED實時顯示系統(tǒng)溫度。并通過鍵盤輸入給定溫度三、 簡要工作原理以AT89C51單片機為模糊控制器，結(jié)合溫度傳感變送器，A/D轉(zhuǎn)換器、LED顯示器、靜態(tài)電子開關(guān)等，設(shè)計出一個基于模糊控制算法的溫度控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，溫度傳感變送器獲得溫度的感應(yīng)電壓，轉(zhuǎn)變成15V的標準電壓信號，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進入單片機內(nèi)部。單片機將給定電壓的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果與測量電壓的結(jié)果相比較，得出偏差量。然后跟據(jù)模糊控制算法得出控制量。在執(zhí)行器中由開關(guān)頻率較高的靜態(tài)電子開關(guān)完成，采用模擬的PWM控制方

3、法，改變同一個周期中電子開關(guān)的閉合時間。從而調(diào)節(jié)加熱開關(guān)的導(dǎo)通時間，以達到控制效果的目的。四、 課題文獻綜述1、動力鍋爐燃燒系統(tǒng)的模糊控制策略1） 作者：劉向杰、柴天佑、劉紅波2） 摘要：基于模糊控制策略給出了鍋爐系統(tǒng)新的控制方法。工業(yè)鍋爐的主要動態(tài)包括非線性、非最小相位特征、不穩(wěn)定性、時滯和負荷干擾，采用傳統(tǒng)控制方法難以實施有效的控制。運用GPE（Gausian partition with evenly spaced midpoints）模糊控制系統(tǒng)對鍋爐對象的主汽壓進行研究和實時控制，模糊控制器能夠克服許多干擾因素，產(chǎn)生良好的控制效果，最后給出了模糊控制同傳統(tǒng)方法的比較結(jié)果。3） 模糊控

4、制器的應(yīng)用 本文的線性推理規(guī)則表示：IF error is Ej and rate is Rj THEN output is U(i+j)。Ei代表著一個誤差模糊，Rj代表一個誤差變化率模糊集，U(i+j)代表著一個輸出量模糊集。4） 實施結(jié)果 上述控制策略用于現(xiàn)場實際對象，盡管現(xiàn)場運行存在很大的干擾，主汽壓仍然顯示良好的跟蹤效果。可以看出其的主要特征是強干擾及動態(tài)變化模糊控制器能夠克服許多干擾素，顯示了強魯棒性并產(chǎn)生了良好的控制效果。2、模糊控制在水廠混凝投藥系統(tǒng)中的應(yīng)用1） 作者：王強、周建萍2） 摘要：針對給水平混凝劑投放控制系統(tǒng)中存在的非線性、時滯性和模糊性等問題，結(jié)合工程實例提出了模

5、糊控制的思想，介紹了混淆是非凝模糊控制系統(tǒng)的組成，說明了混凝模糊控制器的設(shè)計方法。3） 混凝投藥控制模糊系統(tǒng)的設(shè)計 輸入E和輸出U的論域分別分為7個和9個等級。對于濁度E和輸出輸出控制U取模糊語言值均為：PB（正大）、PS（正?。?、ZO（零）、NS（負?。?、NB（負大）可以得出基于手動操作人員長期積累的經(jīng)驗和專家的有關(guān)知識確定混凝控制的規(guī)則庫，它包含以下5條規(guī)則。若E為NB則U為PB；若E為NS則U為PS；若E為ZO則U為ZO；若E為PS則U為NS；若E為PB則U為NB；4） 結(jié)束語：混凝模糊控制是總結(jié)熟練操作人員專家的經(jīng)驗形成控制規(guī)則而實施控制的一種先進方法。這種控制系統(tǒng)運行至今，工作穩(wěn)定可

6、靠，動態(tài)性能好。它有效地克服了傳統(tǒng)控制方法中過程復(fù)雜、結(jié)果不準確、對變化及干擾適應(yīng)和抑制能力差等不足之處。3、單片機在退火爐爐溫模糊控制中的應(yīng)用1） 作者：周景振2） 摘要：討論了利用模糊控制技術(shù)設(shè)計的單片機模糊爐溫控制系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于退火爐爐溫控制上。試驗表明，這種控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)精度高、速度快3） 制器的設(shè)計考慮到退火爐爐溫具有非線性、時變等特點，單片機模糊爐溫控制器采用模糊控制理論，通過總結(jié)操作人員對過程的操作和控制的經(jīng)驗，用模糊條件語句構(gòu)成控制規(guī)則，采用極大極小合成運算原理，從而得到一個模糊爐溫控制模型。模糊控制器的控制步驟大體分三步：精確量模糊化、模糊推理、解模糊

7、。4） 模糊控制規(guī)則推理在單片機模糊爐溫控制系統(tǒng)中，采用If Ai and Bi Then Ci為模糊控制規(guī)則。其中，Ai為誤差模糊子集，Bi為誤差變化模糊子集，Ci為輸出量模糊子集。 為了充分利用模糊控制量向量所取得的信息，本控制器系統(tǒng)采用加權(quán)平均法將模糊控制向量轉(zhuǎn)化為精確控制向量。 4、分戶熱計量供熱系統(tǒng)中的分戶溫度模糊控制1）作者：劉曼蘭，王可崇2）摘要：房間溫度控制是典型的時變遲滯系統(tǒng)，用常規(guī)PID控制方式很難實現(xiàn)有效控制，而常規(guī)FUZZY控制因其穩(wěn)態(tài)性能不佳，又不能滿足某些分戶熱計量供熱系統(tǒng)中的分戶智能溫控裝置對室內(nèi)熱環(huán)境實現(xiàn)智能控制的穩(wěn)態(tài)溫差不超過±1的要求。筆者設(shè)計出了

8、一種行為自校正模糊控制器，應(yīng)用到某分戶熱計量供熱系統(tǒng)中的分戶智能溫控裝置中，通過MATLAB仿真結(jié)果表明：該行為自校正模糊控制器的性能優(yōu)于常規(guī)FUZZY控制器和PID控制器。3） 行為自校正模糊控制器的基本原理對于一個已經(jīng)設(shè)計好的經(jīng)典模糊控制器，由于其控制規(guī)則不夠完善，則在某些情況下，當(dāng)系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)發(fā)生較大變化時，其控制效果往往不佳。若在該模糊控制器的基礎(chǔ)上，再增加一個性能測量環(huán)節(jié)，一個控制量校正環(huán)節(jié)，所得到的校正量與原模糊控制器輸出的控制量疊加在一起，形成新的控制量，這樣就能實現(xiàn)對原控制量的校正，這就相當(dāng)于對原控制規(guī)則進行了修改，從而構(gòu)成一種改進的行為自校正模糊控制器。4） 結(jié)果分析行為自

9、校正模糊控制既克服了PID控制對系統(tǒng)參數(shù)適應(yīng)能力差的弱點，又克服經(jīng)典模糊控制穩(wěn)態(tài)誤差比較大的缺點。行為自校正模糊控制比PID控制有更強的魯棒性，比經(jīng)典 模糊控制有更小的穩(wěn)態(tài)誤差。而且其控制效果完全滿足某分戶熱計量供熱系統(tǒng)中的分戶智能溫度控制系統(tǒng)所提出的控制性能指標。但該行為自校正模糊控制器沒有解決因模糊量化取整運算而引起的量化誤差和調(diào)節(jié)死區(qū)的問題。因此在穩(wěn)態(tài)階段，仍有一定的穩(wěn)態(tài)誤差，甚至可能會有穩(wěn)態(tài)顫振現(xiàn)象。筆者認為如果對E，EC，U，P都不采用模糊量化取整運算，而是采用模糊數(shù)模型在線插值的方法，則能從本質(zhì)上消除這種穩(wěn)態(tài)誤差。5、挖掘機液壓系統(tǒng)模糊控制方法的研究1） 作者：李克杰2） 液壓系統(tǒng)

10、控制的基本內(nèi)容 液壓系統(tǒng)是挖掘機實現(xiàn)各種運動和進行自動控制的基礎(chǔ)。從某種意義上來講，液壓系統(tǒng)的性能決定著挖掘機的質(zhì)量與工作效率?，F(xiàn)代挖掘機能夠 根據(jù)工作環(huán)境和作業(yè)條件，自動實現(xiàn)分功率的變量與全功率變量，以保證任 何情況下發(fā)動 機均不超載，使發(fā)動機運行平穩(wěn)且功率得到充分利用；還應(yīng)設(shè)置減速系統(tǒng)（AutoSlow）和負控制系統(tǒng)（Negative Control），以便當(dāng)其工作裝置不動作時，使發(fā)動機油門自動減小，并使液壓泵排量減至最小以節(jié)省能量。根據(jù)挖掘機工況變化大而快這一特點，為有效利用以動機功率，且保證安全，正常作業(yè)，現(xiàn)代挖掘機控制系統(tǒng)應(yīng)具有下列功能：（1）速度傳感  檢查發(fā)動機轉(zhuǎn)速是否

11、在輸出范圍內(nèi)，并控制液壓泵驅(qū)動扭矩使二者匹配及防止發(fā)動機熄火。（2）流量分配控制 為實現(xiàn)工作裝置的聯(lián)合動作，需對每執(zhí)行元件（如斗桿液壓缸、鏟斗液壓缸等）提供不同的壓力和流量。當(dāng)液壓系統(tǒng)只有一臺主泵時，通過流量分配控制使各執(zhí)行元件同時動作，滿足不同作業(yè)的要求。（3）行走馬達控制 設(shè)置高速、中速、低速行走自動選擇系統(tǒng)，實現(xiàn)機器行走隨外載荷變化自動無級調(diào)速，使行走速度與操縱手柄原位置相對應(yīng)。（4）預(yù)熱 在液壓油溫低于某一界線時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速自動增高，液壓磁流量即隨之增加，液壓系統(tǒng)很快被加熱。（5）突發(fā)增力 對主溢流閥施以背壓，使系統(tǒng)溢流額定壓力上升，短時間提高作業(yè)功率。 以上功率的實現(xiàn)，多與對液壓系統(tǒng)

12、的控制有關(guān)。  由于液壓系統(tǒng)的信息具有模糊性、不確定性和偶然性，分析和實踐表明，模糊控制非常適用這一類系統(tǒng)控制。3） 液壓系統(tǒng)模糊控制  模糊控制系統(tǒng)的核心是模糊控制器，由模糊化、模糊推理、模糊判決（反模糊化）三部分組成，模糊控制工作原理見圖1，其中慮線部分表示模糊控制器；e、ec分別表示實測值與設(shè)定值的偏差及偏差變化率；E，EC為模糊化的偏差及偏差變化率；u表示模糊控制量，u*為標度變換前的精確量；K1、K2、K3皆為標度變換系數(shù)；r、y分別為輸入量和輸出量。  對于變負載情況的進、回油旁路節(jié)流調(diào)速液壓系統(tǒng)，采用均勻分布的隸屬度函數(shù)曲線；控制總表生成時，首先將三

13、個語言變量e、ec和u劃分為7擋，即用7個模糊子集；正大（PL），正中（PM）、正?。≒S）、零（ZO）、負?。∟S）、負中（NM）、負大（NL）表示。e、ec相應(yīng)于各模糊子集的取值，即為隸屬度。它表示某一確定量對模糊子集的隸屬程度。   控制規(guī)則確定了輸入e和ec與輸出u之間的某種關(guān)系，是由“F.THEN.”的條件語句來描述的：IF e is A AMD (or) ec is B,THEN u is C。4） 外載荷變化使液壓泵輸出壓力在系統(tǒng)溢流閥調(diào)節(jié)壓力范圍內(nèi)變化時， 由模糊控制可得到接近發(fā)動機額定功率的變化規(guī)律，且最大的差值不超過5%。而一般的工程機械用發(fā)動機的扭矩儲

14、備系數(shù)為1.06-1.14左右。因此，由模糊控制委動機自身特性的結(jié)合，完全可以使發(fā)動機穩(wěn)定正常的工作。6、熱電阻在煙葉初烤炕房溫度控制中的應(yīng)用1） 作者：高明遠2） 摘 要：以炕房溫度工藝要求為例，介紹了以單片機為核心、以Cu50為傳感器的溫度控制裝置。實踐證明溫度測量電路新穎、測量比較精確，裝置控制性能良好。 3）硬件設(shè)計本系統(tǒng)選用AT89C51作為CPU。根據(jù)本系統(tǒng)的測量精度和控制精度要求，本裝置選擇了熱電阻式傳感器Cu50作為測溫傳感器3。Cu50測溫范圍-50+150，工作范圍20-80，線性度好，靈敏度高，價格適中，滿足了該系統(tǒng)的技術(shù)要求。溫度的測量和控制主要取決于溫度測量精度，因此

15、，為了保證精度，從硬件采用了三個方面的措施：第一，測量中傳感器的連接采用新的三線制方法1，補償由導(dǎo)線引起的誤差；第二，選用高精度低漂移運算放大器OP07作為運算放大的電路，第三，測量電路采用恒流源供電。A/D轉(zhuǎn)換器選用常用的ADC1005CMOS10位A/D轉(zhuǎn)換器，即可滿足技術(shù)要求。該芯片總的非調(diào)整誤差為±1LSB，輸出電平與TTL電平兼容，單電源+5V供電，模擬量輸入范圍為0-5V4。有三個輸出通道：一個報警電路，二個電機驅(qū)動電路分別控制風(fēng)門電機的正反轉(zhuǎn)。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，驅(qū)動電路采用交流固態(tài)繼電器。溫度顯示電路：溫度值采用數(shù)碼管顯示。為了不再擴展并行接口，利用串行口的移位

16、寄存器功能，擴展三位靜態(tài)數(shù)碼管顯示接口電路。報警電路：利用蜂鳴器報警。4）總結(jié)使用這種補償方法的熱電阻測溫電路，測量精度大大提高，實現(xiàn)了高精度的溫度測量和控制。同時，該裝置在硬件上增加了手動/自動轉(zhuǎn)換功能，軟件上增添了抗干擾措施，使其工作更可靠、穩(wěn)定，使用方便，已被平頂山煙草公司寶豐縣分公司的使用所證明。 7、在預(yù)測領(lǐng)域中應(yīng)用模糊控制的研究1） 作者：張昊、郁濱、吳捷2） 摘要預(yù)測問題在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用背景.提出了將基于誤差反饋和專家經(jīng)驗的閉環(huán)模糊控制引入預(yù)測系統(tǒng)，用于修正預(yù)測輸出、提高預(yù)測精度和魯棒性的設(shè)想.以電力負荷預(yù)測為背景，進行了一系列實驗研究，結(jié)果證明在預(yù)測領(lǐng)域中應(yīng)用模糊

17、控制是有效的，從而為其它控制方法在預(yù)測領(lǐng)域的應(yīng)用研究開辟了前景。3） 引言預(yù)測可以幫助人們認識并揭示事物的發(fā)展規(guī)律、提供關(guān)于未來的信息，使得人們當(dāng)前的行為有所依據(jù)，因此預(yù)測技術(shù)越來越受到重視。60年代發(fā)展起來的預(yù)測學(xué)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟各部門以及社會、科技、軍事、政治等領(lǐng)域，成為管理決策不可缺少的重要組成部分.在各類預(yù)測方法的研究中，提高預(yù)測精度是一個主要目標.稍遲于預(yù)測學(xué)的發(fā)展，L A Zadeh于60年代中期創(chuàng)立了模糊集理論.隨后，經(jīng)E H Mamdani等許多學(xué)者的努力，模糊控制已逐漸發(fā)展成為解決傳統(tǒng)方法無法解決的控制和系統(tǒng)問題的途徑。應(yīng)用模糊理論進行電力負荷預(yù)測的研究在國外已經(jīng)開始

18、。但迄今為止，尚沒有將模糊控制或其它控制方法應(yīng)用于預(yù)測領(lǐng)域的研究。理論界研究較多的函數(shù)映射逼近問題，也與閉環(huán)控制無關(guān)。本文研究的核心就是將兩者有機地結(jié)合起來，達到提高預(yù)測系統(tǒng)精度的目的。4）結(jié)束語本文研究了將模糊控制引入預(yù)測領(lǐng)域的問題.引入誤差反饋控制的預(yù)測系統(tǒng)具有閉環(huán)結(jié)構(gòu).加入了模糊控制修正機制的預(yù)測系統(tǒng)，在負荷預(yù)測的實驗中表現(xiàn)得更為精確，且對于擾動具有魯棒性.傳統(tǒng)預(yù)測算法的STLF誤差均高達1020%甚至更高，因而無法實用，本文的實驗結(jié)果已達到了國際同類系統(tǒng)的水平11，其應(yīng)用價值明顯.目前正在研究可適用于多頻預(yù)測的、具有自學(xué)習(xí)能力的模糊控制算法.推廣而言，該項研究更重要的意義在于為各類現(xiàn)代

19、控制方法，特別是“無模型的”自適應(yīng)模糊控制方法，在預(yù)測領(lǐng)域(或非線性映射逼近問題)中的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。8、模糊控制的系統(tǒng)化設(shè)計和穩(wěn)定性分析1） 作者：張金明、李人厚2） 摘要給出了一種模糊控制系統(tǒng)的系統(tǒng)化設(shè)計方法，它采用一組局部T-S模糊模型來表示模糊系統(tǒng)，對每個局部模型，利用狀態(tài)反饋進行控制器設(shè)計，最后給出了全局模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析.通過對一個典型的非線性球-棒控制系統(tǒng)的仿真研究，表明該方法是有效的，它的性能指標優(yōu)于現(xiàn)有文獻的結(jié)果。3）模糊系統(tǒng)穩(wěn)定性分析從上節(jié)的模糊控制器設(shè)計中，可以看到，首先，利用局部反饋和極點配置技術(shù)，保證每個局部T-S模糊模型是穩(wěn)定的.然后，用這些局部模型構(gòu)成一個

20、模糊系統(tǒng).當(dāng)然，一般而言，局部穩(wěn)定不能保證全局穩(wěn)定.因此，我們必須對設(shè)計的模糊系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析，否則，難于保證全局模糊系統(tǒng)的穩(wěn)定性。9、模糊控制在真空燒結(jié)爐爐溫控制中的應(yīng)用1） 作者：張國德2） 摘要：針對真空燒結(jié)爐的特點，提出了模糊控制算法，給出了以單片機為核心的爐溫模糊控制系統(tǒng)。4）溫度模糊控制    模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，模糊控制器是一種利用專家知識和操作者經(jīng)驗設(shè)計的專家控制系統(tǒng)，設(shè)計時不用數(shù)學(xué)解析模型來描述受控系統(tǒng)的特性。在本溫度控制系統(tǒng)設(shè)計中，采用二維模糊控制器，把加熱操作量作為輸出變量。在模糊控制過程中，同時把偏差和偏差的變化率作為模糊輸入

21、量，這種方法不僅能保證系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性，而且還可減少超調(diào)量和振蕩現(xiàn)象。根據(jù)受控系統(tǒng)的實際情況，確定輸入變量的測量范圍和輸出變量的控制作用范圍，以確定每個變量的論域，Ke、Kec和Ku分別為輸入和輸出變量的量化因子和比例因子。先經(jīng)限幅處理，再經(jīng)量化處理就得到了E和EC。根據(jù)當(dāng)前已求得的E和EC，直接查詢模糊控制表就獲得控制量的變化值U，將該變化值U乘以比例因子Ku，即可得到當(dāng)前的實際控制量增量u。再將該增量和前    一采樣時刻的實際控制量相加，就得到目前應(yīng)實施的控制動作，即 uk=uk-1+Ku·U，其模糊控制程序框圖如圖3所示。  

22、  在單片機中對輸入的模糊量進行模糊推理，須將所有描述控制過程的控制規(guī)則存儲在單片機的EPROM中。把專家知識和現(xiàn)場經(jīng)驗轉(zhuǎn)換為用語言表達的模糊控制規(guī)則，即設(shè)計控制規(guī)則庫。本系統(tǒng)中，偏差E、偏差變化率EC和控制量的變化的模糊子集定義為E=NB，NM，NS，NO，P0，PS，PM，PBEC=NB，NM，NS，0，PS，PM，PBU=NB，NM，NS，0，PS，PM，PBP、N分別表示正、負，B、M、S分別表示大、中、小。    建立模糊控制規(guī)則表的基本思想，以偏差為負的情況說明。當(dāng)偏差為負大時，若偏差變化為負，表明此時偏差有增大的趨勢，為盡快消除已有的負大偏

23、差并抑制偏差進一步增大，所以控制量的變化取正大。當(dāng)偏差為負而偏差變化為正時，系統(tǒng)本身已有減少偏差的趨勢，所以為盡快消除偏差且又不超調(diào)，應(yīng)取較小的控制量。故當(dāng)偏差為負大且偏差變化為正小時，控制量的變化取為正中。若偏差變化為正大或正中時，控制量不宜增加，否則將會造成較大的超調(diào)，出現(xiàn)正偏差，因此這時的控制量變化取為0級。當(dāng)偏差為負中時，控制量的變化應(yīng)該使偏差盡快消除，基于這種原則，控制量的變化選擇同偏差為負大時相同。當(dāng)偏差為負小時，系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)。若偏差變化為負時，選取控制量變化為正中，以抑制偏差往負方向變化；若偏差變化為正，系統(tǒng)本身有消除負小偏差的趨勢，選取控制量變化為正小即可。可見選取控制量變化的

24、原則是：當(dāng)偏差大或較大時，選擇控制量的大小以盡快消除偏差為主；而當(dāng)偏差較小時，選擇控制量要注意防止超調(diào)，以使系統(tǒng)穩(wěn)定為主要出發(fā)點。    為節(jié)省內(nèi)存，提高單片機應(yīng)用系統(tǒng)的工作速度，實現(xiàn)有效的實時控制，根據(jù)隸屬函數(shù)和模糊控制規(guī)則表離線計算對應(yīng)的模糊控制表（即查詢表），并將該表內(nèi)置在應(yīng)用軟件的EPROM表中，供實時控制過程使用。在實際控制時，模糊控制器首先把輸入量量化到輸入量的語言變量論域中，再根據(jù)量化的結(jié)果去查表求出控制量，這樣可大大提高模糊控制的實時效果，節(jié)省內(nèi)存空間。5）結(jié)束語    以89C51單片機為核心的真空燒結(jié)爐溫度模糊控制

25、系統(tǒng)，實時性好、 節(jié)省內(nèi)存、精度高、功能強、使用方便，極大地改善了系統(tǒng)的動態(tài)與靜態(tài)特性，溫度均勻度不超過±3,控溫精度高過±1,經(jīng)處理的材料（工件）表面光亮、無氧化、質(zhì)量可靠、工藝穩(wěn)定。10、A dynamic fuzzy model for a drum-boiler-turbine system1） Author:Hacene Habbi,Mimoun Zelmat Belkaem Ould Bouamama2） Abstact:A nonlinear dynamic fuzzy model for natural circulation drum-boiler-tur

26、bine is presented. The model is derived from Astrom-Bell nonlinear dynamic system and describes the complicated dynamics of the physical plant. It is shown that the dynamic fuzzy model gives exalete linearizations of the nonlinear dynamic system. This closeness is illustrated by simulation in variou

27、s conditions.3） The proposed dynamic fuzzy modelOn of the most important applications of fuzzy rule-based systems is system modeling. The Takagi-Sugeno-Kang fuzzy model, which is referred as to TSK fuzzy model has recently found wide applicability in fuzzy model-based control, in particular for the

28、case of complex systems. The reason for this is that its consequence part is an affine dynamic model rather than a fuzzy set or constant value. In regard to the complexity of the boiler-turbine dynamics described by the nonlinear model, and in attempt to find a simple model structure which can captu

29、re in some appropriate sense the key dynamical properties of the physical plant, we investigate in this section the existence and use of the TSK-type fuzzy model in the modeling process of the boiler-turbine dynamics. The dynamic fuzzy model structure and its interpretability issue are then given.Th

30、e dynamic TSK fuzzy model is formed by nine IF-THEN logical rules that have a fuzzy antecedent part and a functional consequent part.Regarding the physics of the boiler-turbine system and its nonlinear model structure, two fuzzy variables are considered in the antecedent part of the TSK fuzzy model,

31、 the drum steam pressure and the dynamic of fluid in the system. The consequent part is composed of local dynamic models. The derivation of the plant-rules describing the dynamic behavior of the physical model is based on an approximate reasoning with respect to the plant operating points show in Ta

32、ble.4) ConclusionIn this paper, a fossil-fuelled nonlinear boiler-turbine dynamic fuzzy model is presented, The global behavior of the TSKfuzzy model accurately approximates the global behavior of the nonlinear physical model, A theoretical understanding of the proposed model is developed by relatin

33、g the dynamic TSKfuzzy model with local affine models to dynamic linearization about a time-varyig point, The modeling errors due to the variation of the load point have beer significantly reduced by the use of the fuzzy model instead of the linearized model about the nominal operating point.The dyn

34、amic fuzzy nodel could be useful for applications to model-based control. In addition, from a control engineer perspective the use of local linear models bridges the gap between fuzzy control and conventional control. This way give some improvements in the control of the complex rink-and -swell phen

35、omenon associated with the drum wary level.5） 方案選擇論證方案一1)硬件組成：PLC、A/D轉(zhuǎn)換器、LED顯示器、熱電阻、氣開開關(guān)、燃油供應(yīng)子系統(tǒng)。2)工作原理：在系統(tǒng)中，由分立的熱電阻做成測量工具，對溫度變量進行檢測，并輸出到A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)進行A/D轉(zhuǎn)換后輸出到PLC。PLC執(zhí)行模糊控制器的作用，根據(jù)給定量與測量量的偏差進行模糊運算，得出模糊輸出量，控制氣開開關(guān)。氣開開關(guān)根據(jù)PLC的輸出量自動的調(diào)節(jié)進入燃燒爐內(nèi)的燃氣，從而起到了調(diào)節(jié)溫度的目的。燃油供應(yīng)子系統(tǒng)起到了供應(yīng)燃油的作用。LED顯示器用于實時的顯示測量的溫度。LED顯示+

36、給定電壓A/D轉(zhuǎn)換PLC開關(guān)熱電阻+-燃料供應(yīng)系統(tǒng)D/Aa) 系統(tǒng)原理框圖 方案二、1) 硬件組成：單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、LED顯示器、集成的熱電偶溫度變送器、靜態(tài)電子開關(guān)、大功率發(fā)熱器LED顯示器。2) 工作原理：由集成的熱電偶變送器對系統(tǒng)溫度進行檢測，并完成信號標準化、變送功能。單片機執(zhí)行模糊控制功能、由靜態(tài)電子開關(guān)控制大功率發(fā)熱器電源的導(dǎo)通與斷開，從而達到控制溫度的目的。3) 系統(tǒng)原理框圖ADC0809AT89C51靜態(tài)電子開關(guān)LED顯示DDZ熱電偶溫度變送器矩陣鍵盤電爐溫度 方案三、1） 硬件組成：工控機、集成的熱電偶溫度變送器、A/D轉(zhuǎn)換器、LCD顯示器、氣開開關(guān)、燃料供應(yīng)子系統(tǒng)。2

37、） 工作原理：在系統(tǒng)中，先由工控機發(fā)出波形（此波形為理想控制過程），經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入到工控機，作為給定量（給定量是變化的）。熱電偶溫度變送器作為測量工具，對溫度變量進行檢測，并輸出到A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換后輸出到工控機。工控機利用模糊算法，根據(jù)給定量與測量量的偏差進行模糊運算，得出模糊輸出量，控制氣開開關(guān)的開啟程度，自動的調(diào)節(jié)進入燃燒爐內(nèi)的燃氣，從而起到了調(diào)節(jié)溫度的目的。燃油供應(yīng)子系統(tǒng)用于供應(yīng)燃油。LED顯示器用于實時的顯示測量的溫度。波形生成LCD顯示+A/D工控機開關(guān)熱電偶溫度變送+-燃料供應(yīng)系統(tǒng)D/A3） 系統(tǒng)原理框圖 論證分析：1） 每個方案都采用了不同的處理器，方案一用PLC為模糊控制器，在進行A/D、D/A轉(zhuǎn)換和LED顯示時出現(xiàn)許多難題，如引腳不夠用，數(shù)據(jù)并行輸出困難、及內(nèi)部編程復(fù)雜等諸多不便。而方案二和方案三采用了單片機及工控機能夠很好的解決上述問題。2） 方案一采用的是