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MWC计算机模糊控制系统

时间:2007-1-30栏目:计算机论文

MWC计算机模糊控制系统

---卷烟平均重量模糊控制器的设计

南京农业大学计算中心  张丽晖

摘要  本文研究在研究"MWC卷烟平均重量控制系统"的总体方案,阐述了系统总体设计、硬件设计和软件设计;并且通过模糊自动控制原理的分析和模糊控制器的设计,将模糊控制应用于烟重控制系统中,并针对卷烟机的卷烟平均重量自动控制。文中用于控制烟重的新的模糊控制算法,可作为一种通用的控制算法。算法涉及模糊控制器的输入/输出。控制器用平均重量的偏差和变化率来维持一个恒定的输出烟重。

关键词:平均重量控制器、模糊控制、自调整算法

【"MWC计算机模糊控制系统"简介】

新型"烟棒生产线实时重量检测控制系统"是南京智能技术研究所和本文作者联合研究设计、协作研制开发的一个科研项目。它是卷烟生产流水线的核心设施,能用于生产中进行性能测试、成品质量抽捡、采集和处理数据、控制生产等工作的配套综合系统。计算机系统的使用、微机化数字仪表的研制以及先进的模糊控制技术的应用,必将使该系统能在实用、可靠的基础上,同时具备性能优越、技术先进、操作灵活、维护方便等特点,它也应当成为新型卷烟生产流水线的最佳选择。

    在卷烟平均重量集散微机测控系统中,采用了先进的模糊控制器作为卷烟平均重量控制器,该控制器在响应快、超调小、对参数变化不敏感等方面均优于传统控制的控制效果。本系统中对于烟重等环节所采用的先进的模糊控制方法,将把卷烟平均重量测控系统推向新的高度。

§1 MWC模糊控制器总述(实用的模糊微机控制系统)

在卷烟平均重量控制系统(MWC)中,对于烟重等控制对象,采用了一种新的控制算法──自调整模糊控制算法,它以重量偏差及其变化率为输入,平整电机转速为输出,在总结熟练的技术工人的丰富经验的基础上,制定模糊控制规则,应用模糊推理合成规则,计算出用于该控制回路实时控制的基本模糊控制器查询表;同时为获取较好的控制效果,采用了在线自动调整量化因子和比例因子的结构模式。该算法具有良好的跟踪性能和抗扰动性能,可作为一种通用的控制算法。

MWC模糊控制器方框图如图1所示。

            离线模糊Fuzzy算法


图1 MWC模糊控制器总框图

图1中,输出值Y是与红外线检测器实测烟重对应的数字量,S是卷烟生产过程所要求的卷烟平均重量值(数字量),计算机将Y值与给定值S相比较,得出烟重偏差数字量e,经计算机处理可以取得偏差变化的数字量c(c=ei-ei-1,其中ei-1为前次的偏差;ei为本次的偏差),e与c作为模糊控制器的输入,模糊控制器输出的控制量是应当调节的数字量d,d对应着平整电机的转速、方向及步数。 其中,

烟重基准值为S=MW(mg),

偏差测量值范围为±e(e=过重极限-控制极限)(mg),

重量偏差变化率为±c(c=MW×1%)(mg),

步进电机转速控制范围为±d。

根据控制规则,可以求出对应的模糊关系R,有了R,对于A和B的任何值,通过模糊算法(合成推理规则),可以求出对应的输出变量C的值,再用加权平均法就可求出相应的执行量z。

如上所述,对于A和B的每一组值,都可求出相应的执行量z,但是这种计算是相当繁琐的,计算量很大,不能立即做出反应,不适于实时控制。克服这一缺点的解决方法是:可以离线(即事先)先做模糊决策表(又叫查询表、控制表、如表6-6所示),并将此表输入计算机。在控制过程中,计算机把采样后经变换得到的输入x和y,与表6-6的行与列比较,可立即得出执行量z。

因此,实际模糊控制(算法)分为"在线"和"离线"两部分。

§2 模糊控制器的结构设计(算法预处理)

一、确定语言变量、语言变量的基本论域

根据MWC控制方案,选取基本模糊控制器的输入语言变量为重量偏差

WE、重量偏差变化率WC,输出语言变量为平整电机转速WD。

重量偏差WE的基本论域为 〔-e,+e〕,

重量偏差变化率WC的基本论域为 〔-c,+c〕,

平整电机转速WD的基本论域为 〔-d,+d〕。

二、选择模糊状态(语言变量WE、WC、WD的语言值)--描述词汇

WE={太轻,轻,较轻,正常,较重,重,太重},

简记为{NL,NM,NS,ZE,PS,PM,PL};

WC={很快,快,稍快,正常,稍慢,慢,很慢},

简记为{NL,NM,NS,ZE,PS,PM,PL};

WD={正大,正中,正小,保持,负小,负中,负大},

简记为{NL,NM,NS,ZE,PS,PM,PL};

三、定义模糊集(语言变量WE、WC、WD所取的模糊集合的论域)

1.将在基本论域内连续

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