第9章数字控制器试卷.ppt

9.7模糊控制器 已学的自动控制系统，都需要事先建立一个对象的数学模型，且要知道模型的结构，阶次和参数等，在此基础上合理的选择控制策略进行控制器的设计。然而大量的事实告诉我们，在许多情况下，被控制对象由于其过程复杂，机理有不明之处，缺乏必要的检测手段或者检测装置，不能进入被测试区域等各种原因，致使无法建立被控制过程的数学模型。这就迫使人们探索新的控制方法和途径去解决这类问题。在这样一个背景下，诞生了基于模糊逻辑的模糊控制算法。 9.7.1模糊控制的基本思想 模糊控制的基本思想，就是利用计算机来实现人的控制经验。而人的控制经验一般是用语言来表达的，这些语言表达的控制规则又带有相当的模糊性。例如。人工控制水槽水位的经验可以表达为： 1）若水槽无水或水较少时，则开大阀； 2）若水位和要求的水位相差不太大，则把水阀关小； 3）若水位快接近要求的水位，则把阀门关的很小； 这些经验规则中，“较少”、“不太大”、“接近”、“开大”、“关小”等表示水位状态和控制阀门动作的概念都带有模糊性，可以有模糊数学的方法来描述过程变量和控制作用之间的关系，又可以根据这种模糊关系及某时刻过程变量的检测值，用模糊逻辑推理的方法得出此时的控制量，这就是模糊控制的基本思想。也可以说，模糊控制是以人的控制经验作为控制的知识模型，以模糊集合、模糊语言变量以及模糊逻辑推理作为控制算法的数学工具，用计算机来实现的一种智能控制。模糊控制系统的结构如图9-24所示，它与一般的计算机控制系统基本相似，只是它的控制器是模糊控制器。 3．推理机 推理机采用某种模糊推理方法，由采样时刻的输入和模糊控制规则推导出模糊控制器的控制输出。模糊控制器的模糊推理机制的设计主要是选择一种模糊推理算法，当模糊控制器采用查表法实现时，可离线设计查询表；当模糊控制器采用软件推理法实现时，可在线进行模糊推理。当采用模糊控制芯片构成硬件模糊控制器时，它推理的速度快、控制精度高，处理速度至少比软件提高一个数量级。 4． 解模糊接口 与模糊化相反，解模糊是由模糊量到精确量的转化过程。计算机在执行模糊控制算法时，它从模糊推理中得到的模糊控制作用必须转化为执行机构所能接受的精确量。解模糊接口主要有两个功能：一是量程转化，二是解模糊。即把输出作用的域转化为输出物理量的变化范围，在运行时，解模糊求得的输出域上的点转化为输出物理量的值。解模糊常用的策略主要有最大隶属度法、取中位数法和重心法等。 9.7.3模糊控制 的应用实例 最早开发出的模糊家电产品是洗衣机，洗衣机一般要根据洗衣量的多少、衣物的污浊程度、衣物的质料性质，水温的高低等因数来决定洗涤的时间、水流的强弱、洗涤剂的用量等。 一个有经验的家庭主妇能够把衣物洗的干干净净又不损害衣料，而且又节约了水、电。采用具有模糊控制的全自动洗衣机可以实现上述功能。 1．模糊洗衣机的基本构成 模糊洗衣机除一般全自动洗衣机具有的洗涤缸、马达、波盘、给水和排水电磁阀、控制器、水位传感器等之外，根据模糊控制的需要，一般还要加上光传感器、负载传感器、水温传感器等。 1） 负载检测 负载检测即检测所洗衣物的重量，一般采用间接的测量方法，可用电动机正常运转时的驱动电流来计量。还有一种方法是用电动机断电后反电势维持的时间来计量。一般而言，衣物重负载大，其反电势跌落也快，反之则跌落慢。 2）质料检测 被洗衣物的质料可分为软质类、硬质类和混合类等几种。一般把丝绸、化纤、薄型花布等归为软质类，而将牛仔服、呢绒服装等归为硬质类，介于他们之间的则为混合类。衣物质料检测也是采取间接检测方式。如果测量的是马达的驱动电流，那么硬质类布料电流波形变化大，有较大的波动，而软质类布料电流相对平稳，波动小。 3）污浊度检测 被洗衣物的污浊度检测，是通过水的透光率检测间接的实现的。水的透光率检测是用光电传感器实现的。它被安排在排水管出口，发光二极管和光敏管分别相对安装在管子的两边。发光二极管发出的光经聚焦后，透过水被光敏管接收，接收的光强度就反映了水的透明度，也就反映了被洗衣物的污浊程度。 4） 水位及温度检测 作为洗衣机工作条件之一的水位检测，是由一根与缸体等高 的空管连通器而实现的。空管的上端有一个用压力膜隔开的差动电感器，当缸中有水注入时，管内的空气被压缩使压力膜上压力增大，继而推动与它联动的铁心移动，引起线圈的电感量变化，用此电感器构成的LC振荡器的频率就能反映水位的高低。 水温检测是通过热敏电阻测量的。它把洗衣机启动后时的温度作为