ＭＷＣ計(jì)算機(jī)模糊控制系統(tǒng)

時(shí)間：2024-07-06 15:10:56 計(jì)算機(jī)畢業(yè)論文

---卷煙平均重量模糊控制器的設(shè)計(jì)

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)計(jì)算中心張麗暉

摘要本文研究在研究"ＭＷＣ卷煙平均重量控制系統(tǒng)"的總體方案，闡述了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)；并且通過模糊自動控制原理的分析和模糊控制器的設(shè)計(jì)，將模糊控制應(yīng)用于煙重控制系統(tǒng)中，并針對卷煙機(jī)的卷煙平均重量自動控制。文中用于控制煙重的新的模糊控制算法，可作為一種通用的控制算法。算法涉及模糊控制器的輸入／輸出。控制器用平均重量的偏差和變化率來維持一個(gè)恒定的輸出煙重。

關(guān)鍵詞：平均重量控制器、模糊控制、自調(diào)整算法

【"ＭＷＣ計(jì)算機(jī)模糊控制系統(tǒng)"簡介】

新型"煙棒生產(chǎn)線實(shí)時(shí)重量檢測控制系統(tǒng)"是南京智能技術(shù)研究所和本文作者聯(lián)合研究設(shè)計(jì)、協(xié)作研制開發(fā)的一個(gè)科研項(xiàng)目。它是卷煙生產(chǎn)流水線的核心設(shè)施，能用于生產(chǎn)中進(jìn)行性能測試、成品質(zhì)量抽撿、采集和處理數(shù)據(jù)、控制生產(chǎn)等工作的配套綜合系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用、微機(jī)化數(shù)字儀表的研制以及先進(jìn)的模糊控制技術(shù)的應(yīng)用，必將使該系統(tǒng)能在實(shí)用、可靠的基礎(chǔ)上，同時(shí)具備性能優(yōu)越、技術(shù)先進(jìn)、操作靈活、維護(hù)方便等特點(diǎn)，它也應(yīng)當(dāng)成為新型卷煙生產(chǎn)流水線的最佳選擇。

在卷煙平均重量集散微機(jī)測控系統(tǒng)中，采用了先進(jìn)的模糊控制器作為卷煙平均重量控制器，該控制器在響應(yīng)快、超調(diào)小、對參數(shù)變化不敏感等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)控制的控制效果。本系統(tǒng)中對于煙重等環(huán)節(jié)所采用的先進(jìn)的模糊控制方法，將把卷煙平均重量測控系統(tǒng)推向新的高度。

§１ＭＷＣ模糊控制器總述（實(shí)用的模糊微機(jī)控制系統(tǒng)）

在卷煙平均重量控制系統(tǒng)（ＭＷＣ）中，對于煙重等控制對象，采用了一種新的控制算法──自調(diào)整模糊控制算法，它以重量偏差及其變化率為輸入，平整電機(jī)轉(zhuǎn)速為輸出，在總結(jié)熟練的技術(shù)工人的豐富經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制定模糊控制規(guī)則，應(yīng)用模糊推理合成規(guī)則，計(jì)算出用于該控制回路實(shí)時(shí)控制的基本模糊控制器查詢表；同時(shí)為獲取較好的控制效果，采用了在線自動調(diào)整量化因子和比例因子的結(jié)構(gòu)模式。該算法具有良好的跟蹤性能和抗擾動性能，可作為一種通用的控制算法。

ＭＷＣ模糊控制器方框圖如圖１所示。

離線模糊Fｕｚｚｙ算法

圖１ＭＷＣ模糊控制器總框圖

圖１中，輸出值Ｙ是與紅外線檢測器實(shí)測煙重對應(yīng)的數(shù)字量，Ｓ是卷煙生產(chǎn)過程所要求的卷煙平均重量值（數(shù)字量），計(jì)算機(jī)將Ｙ值與給定值Ｓ相比較，得出煙重偏差數(shù)字量ｅ，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理可以取得偏差變化的數(shù)字量ｃ（ｃ＝ｅi－ｅi－１，其中ｅi－１為前次的偏差；ｅi為本次的偏差），ｅ與ｃ作為模糊控制器的輸入，模糊控制器輸出的控制量是應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)的數(shù)字量ｄ，ｄ對應(yīng)著平整電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向及步數(shù)。其中，

煙重基準(zhǔn)值為Ｓ＝ＭＷ（ｍｇ），

偏差測量值范圍為±ｅ（ｅ＝過重極限－控制極限）（ｍｇ），

重量偏差變化率為±ｃ（ｃ＝ＭＷ×１％）（ｍｇ），

步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制范圍為±ｄ。

根據(jù)控制規(guī)則，可以求出對應(yīng)的模糊關(guān)系Ｒ，有了Ｒ，對于Ａ和Ｂ的任何值，通過模糊算法（合成推理規(guī)則），可以求出對應(yīng)的輸出變量Ｃ的值，再用加權(quán)平均法就可求出相應(yīng)的執(zhí)行量ｚ。

如上所述，對于Ａ和Ｂ的每一組值，都可求出相應(yīng)的執(zhí)行量ｚ，但是這種計(jì)算是相當(dāng)繁瑣的，計(jì)算量很大，不能立即做出反應(yīng)，不適于實(shí)時(shí)控制。克服這一缺點(diǎn)的解決方法是：可以離線（即事先）先做模糊決策表（又叫查詢表、控制表、如表６－６所示），并將此表輸入計(jì)算機(jī)。在控制過程中，計(jì)算機(jī)把采樣后經(jīng)變換得到的輸入ｘ和ｙ，與表６－６的行與列比較，可立即得出執(zhí)行量ｚ。

因此，實(shí)際模糊控制（算法）分為"在線"和"離線"兩部分。

§２模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（算法預(yù)處理）

一、確定語言變量、語言變量的基本論域

根據(jù)ＭＷＣ控制方案，選取基本模糊控制器的輸入語言變量為重量偏差

ＷＥ、重量偏差變化率ＷＣ，輸出語言變量為平整電機(jī)轉(zhuǎn)速ＷＤ。

重量偏差ＷＥ的基本論域?yàn)?〔－ｅ，＋ｅ〕，

重量偏差變化率ＷＣ的基本論域?yàn)?〔－ｃ，＋ｃ〕，

平整電機(jī)轉(zhuǎn)速ＷＤ的基本論域?yàn)?〔－ｄ，＋ｄ〕。

二、選擇模糊狀態(tài)（語言變量ＷＥ、ＷＣ、ＷＤ的語言值）－－描述詞匯

ＷＥ＝{太輕，輕，較輕，正常，較重，重，太重}，

簡記為{ＮＬ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＬ}；

ＷＣ＝{很快，快，稍快，正常，稍慢，慢，很慢}，