1、 您的論文得到兩院院士關注文章編號：（）控制系統基于的模糊參數自整定溫度控制系統研究（中南大學）李建平王曉沖謝敬華摘要：針對鋁箔退火過程中爐溫大滯后和大慣性等特點，提出了一種基于的模糊參數自整定控制算法。本論控文利用中的指針尋址查表方法實現在線查詢功能，使得控制算法簡單明了。結果表明：該系統具有較高的穩定性、制精度和品質。關鍵詞：控制；模糊參數自整定；中圖分類號：文獻標識碼：，：；近年來，模糊控制在國內得到了廣泛的應用，然而在模糊單片控制應用領域，其模糊控制器基本上都是由個人計算機、機或專用模糊控制芯片實現的。模糊控制在上的實現方式基本分為兩種：一種是通過專用的硬件實現，但其價格昂貴，并且需要

2、使用專用編程設備，通用性差；另一種實際采用較多的是通過軟件實現，把模糊控制程序作為整個控制程序的一模糊推理和控制信號輸出，通過中個子程序，包括數據的讀取、斷調用子程序完成模糊控制。目前對于溫度的控制大多是采用這種方法簡單，便與實現，但是參數整定比較困難，在控制。實際中我們往往是根據經驗來手動設定參數，且一組整定的參數不能完全適應不同的退火工藝要求，還易產生較大的超調。本研究針對退火過程中出現的升溫速度慢、超調量大、控制精度不高等現象，利用編程軟件，采用模塊化編程方法，使用梯形圖及語句表編制程序實現模糊控制算法，對標準的控制模塊中的、和進行模糊參數自整定，以達到良好的控制效果和良好的穩定性。主站

3、從站接口，可用于建立分布式結構和根據系統要求，主站擴展了一個數字量輸入大規模的配置。模塊、兩個數字量輸出模塊和一個模擬量輸出模塊，用來控制風機的轉速和溫度控制。在從站中配置了開關量輸入模塊和輸出模塊和模擬量輸入模塊，用來控制爐門的升降、爐門氣缸的動作、爐門安全銷的動作、爐體上各種儀表或傳感器的檢測以及采集爐氣溫度和料溫。技術創新控制系統結構和設計思想對于象退火爐這樣的大滯后、大慣性和時變性的溫度控制系統，采用傳統的控制，同一組控制參數很難兼顧不同退火工藝的控制要求，控制的超調大，調節時間長，控制效果較差。為了降低超調量，提高控制精度，采用模糊推理，實現對參數、適應性強、和的在線自整定。使其具有

4、魯棒性強、控制精度高等特點。控制系統結構控制系統結構主要由參數可調整和模糊調節器兩部分組成。如圖所示。鋁箔退火爐溫度控制系統的基本結構該溫度控制系統主要由和人機界面構成。人機界面完成智能化的后臺管理、各種退火參數的設定及退火狀況的監視和報警。由，數字量輸入模塊數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊和模、擬量輸出模塊組成的主要完成系統中各種信號的采集、設定參數的處理、各個電機的控制和溫度的控制。由于在退火爐與控制室之間大約有米的距離，因此本系統選用了帶從站功能的，其具有大中規模的程序容量，對二進制和浮點數有較高的處理性能，有兩個李建平：教授博士基金項目：國家十一五項目（）國家教育部留學回國人員基金資助項

5、目（）技術應用例圖控制系統原理由參數可調節來完成對溫度系統的控制，模糊調節器實現對的個參數的自動校正。數字控制的位置式算法為：（）式中：為比例系數；（）為控制器的輸出；（）為偏差值；為采樣周期；為積分時間；為微分時間。控制模塊中，、分別對應于輸入參數、。：元年控制系統中文核心期刊微計算機信息（測控自動化）年第卷第期地址為，依次為、（的規則數是）。如采用常規的判斷語句的查表方法，將會使程序語句多而繁瑣，因此采用中的指針尋址查表方法。為了簡化設計，將輸入模糊論域的元素均增加，即轉化為，。參數自整定模糊控制器的設計根據系統的要求，用于參數自整定的模糊控制器采用二輸入三輸出的形式，以系統誤差和誤差變化

6、為輸入語言變量，以、和為輸出語言變量。輸入和的模糊集均取為；輸出、和的模糊集均取為和的論域取為，；、和的論域取為，考慮到的性能，、和的隸屬函數均取三角函數形式。根據上述參數的整定原則以及對退火爐控制過程中現場參數調節的經驗可得模糊調節規則如表所示。表模糊控制規則技術創新表中的模糊控制器的可以寫成下列條件語句形式，即、（，）其中、和是分別是語言變量，在其論域、上的語言變量值，所有規則組合在一起構成了規則庫。設已知模糊控制器的輸入模糊量是且是，則根據模糊控制規則進行近似推理，可得出模糊量（用模糊量表示）為圖模糊控制算法流程圖控制量的基址為，偏移地址為×（×），由，可運算“”采用

7、求交（取小）方法；合成運算采用最大最小方法，蘊含運算采用方法。根據輸入量和模糊量化后得到的，可算出相應得，對，中元素所有組合全部計算出相應的的輸出值，可以方便地得到模糊輸出的模糊控制查詢表。以確定控制量的絕對地址為×（×），通過指針變量獲得地址中存儲的的模糊值。以下給出主要程序的部分示例：循環中斷組織塊：每隔調用實現模糊參數自整定，：模糊控制器的程序設計程序設計流程圖模糊控制策略程序設計流程如圖所示。模糊控制器程序設計設計思路的編程系統提供了豐富的功能模塊，為模糊控制算法的實現提供了方便。主循環程序模塊：所對應共享數據塊的比例增益輸入實現對功能和功能塊的調用以及信號和數據的

8、傳遞。考慮到退火爐爐內空間大，溫度在較短的時間內基本上無顯著變化，循環中斷組織塊選擇時間間隔為的。功能塊為模糊控制器，完成整個模糊控制功能。與之相對應的背景數據塊為，主要存儲量化因子及目標溫度，測量溫度等其他的參數。由功能四個子程序組成。其中完成和的計算；進行模糊化處理；實現模糊控制表的查詢功能；完成、和的清晰化處理。：所對應共享數據塊的積分時間輸入：所對應共享數據塊的微分時間輸入功能：實現模糊控制量的查詢功能輸入變量中存放的絕對地址臨時變量現場總線技術應用例模糊控制查詢表程序設計在圖程序流程圖中，核心即為模糊控制查詢表的查詢程序。模糊控制表中的模糊控制量按照先行后列，由左向右的訪問方式順序存

9、儲到數據塊中。數據類型為整型（）。首元： 您的論文得到兩院院士關注控制系統謝敬華通訊地址：（湖南省長沙市中南大學機電工程學院）王曉沖（收稿日期：）（修稿日期：）將的值存入最后由實現控制量、和的清晰化轉換，將最終計算結果送到中對應的參數中。通過，輸出控制量送到模擬量輸出模塊實現控制作用。實際應用將本控制系統應用于某鋁業公司的噸鋁箔退火爐的溫度控制系統中，實測數據表明模糊參數自整定控制較常規的控制有更好的控制效果。圖是退火過程中溫度的變化曲線。設定保溫溫度為，分別采用兩種不同的控制方式。從圖中可以看出，模糊參數自整定控制的超調量比常規控制降低，上升時間縮短。模糊參數自整定控制的動態和靜態特性全面改

10、善，表現出良好的魯棒性。（上接第頁）不僅檢測結果準確可靠，而且具有監測、記錄、報警和故障排除的功能，同時實時性和精度符合鐵道部部頒標準，目前該裝置已經通過鑒定，可以從技術上確保了機車的安全穩定運行，具有較好的經濟效益和應用前景。項目的經濟效益：經過廣泛調研，發現單以準高速客車為例，如果制動系統出現故障，甩車一天修理，僅就一輛客車計算，滿員人，以一天個單程，的上座率，每人次元票費，檢修費元計算，直接損失就高達萬元，若采用本系統，就能及時地發現行車時制動系統發生的故障，并報警排除，極大程度地減少故障發生率，因此可以產生較高的經濟效益。本文作者創新點：本文提出一種采用單片機為核心控制器的新圖常規和模

11、糊參數自整定控制運行結果比較技自動排除故障。術采集、存儲、分析，而且可以及時發現故障隱患、該系統作為河北工業大學科研課題“制控系統監控裝置研究”（項目編號）的研究成果，已經通過鑒定，系統的實時性和創精度均達到鐵道行業標準。該系統的研制成功填補了制動機故障監控裝置設計的空白，在技術上確保機車的安全穩定運行，具新型列車制動故障監控系統，不但能對制動系統進行實時監測、對制動故障進行報警，對列車制動系統長期運行的狀態數據進行有很好的社會經濟效益和應用前景。結論基于實現參數的模糊自整定，既保留了靈活性等特點，又提高了控制的智能化程控制的可靠性、度，取得了令人滿意的的效果。對于那些大時滯、大慣性、難以建立

12、精確數學模型的控制對象，基于的模糊控制方法不失為一種較理想的方案。本文作者創新點：利用中的指針尋址查表方法實現在線查詢功能，既節省了計算時間，又使得控制算法簡單明了。對于那些大時滯、大慣性、難以建立精確數學模型的控制對象，基于的模糊控制方法不失為一種較理想的方案。參考文獻廖常初應用技術北京：機械工業出版社，李國勇智能控制及其實現北京：電子工業出版社，神經網絡和智能控制哈爾濱：哈爾濱工業李士勇模糊控制出版社，謝閱，劉書平，王曉東，在垃圾場膜污水處理系統中的應用，微計算機信息，：。作者簡介：李建平（），漢，男，湖南長沙人，中南大學機電工程學院教授，博士，主要研究方向：機械電子工程；王曉沖（），男，湖南衡陽人，碩士研究生，主要研究方向：機械電子工程；謝敬華（），男，中南大學機電工程學院講師，博士。：，：（湖南長沙市中南大學機電工程學院）李建平王曉沖技術應用例參考文獻施國君高速單片機原理及應用北潘琢金，京航空航天大學出版社，周游基于自適應控制的多孔陶瓷透氣度測試系劉教瑜，統的設計微計算機信息，：陳亭志，莫易敏機車單元制動器工況監測系統的研余先濤，制，內燃機車，：，何立民系列單片機系統設計