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1、實用標準文案溫度模糊控制章佩佩(安徽理工大學電氣與信息工程學院安徽淮南)指導(dǎo)教師:李振壁摘要：為提高工業(yè)上所需溫度的控制精度，本文介紹如何設(shè)計模糊控制器，以及如何在具體的模型在MATLAB中，使用模糊工具箱和Simulink在MATLAB實現(xiàn)參數(shù)的計算機模擬控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，通過采用模糊控制算法對溫度實現(xiàn)了很好的控制，并且該系統(tǒng)正處于實際工業(yè)電阻爐溫度控制的應(yīng)用和試行階段，也達到了滿意的控制效果。實踐表明，模糊控制方法提高了控制的實時性穩(wěn)定性和精確度，并且實現(xiàn)了操作過程的簡化，對于工程實際應(yīng)用具有較強的
2、借鑒意義。關(guān)鍵詞：模糊控制，SIMULINK，Matlab1、緒論在工業(yè)生產(chǎn)過程中,溫度控制是重要環(huán)節(jié),控制精度直接影響系統(tǒng)的運行和產(chǎn)品質(zhì)量。在傳統(tǒng)的溫度控制方法中,一般采取雙向可控硅裝置,并結(jié)合簡單控制算法(如PID算法),使溫度控制實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。但由于溫度控制具有升溫單向性、大慣性、大滯后等特點,很難用數(shù)學方法建立精確的模型,因此用傳統(tǒng)的控制理論和方法很難達到好的控制效果。鑒于此,本文擬以模糊控制為基礎(chǔ)的溫度智能控制系統(tǒng),采用人工智能中的模糊控制技術(shù),用模糊控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PID控制器,以閉環(huán)控制方式實
3、現(xiàn)對溫度的自動控制。2方案設(shè)計利用MATLAB的模糊控制箱及Simulink內(nèi)含的功能元件，建立溫度箱溫度模糊控制器及其系統(tǒng)的模型。2.1、建立模糊控制器采用溫度偏差，即實際測量溫度與給定溫度之差e及偏差變化率ed作為模糊控制器的輸入變量，輸出p為“PWM波(脈沖寬度調(diào)制)”控制發(fā)熱電阻的功率，來調(diào)節(jié)溫度箱內(nèi)溫度的升降，形成典型的雙輸入單輸出二維模糊控制器。精彩文檔實用標準文案運用MATLAB中的FIS編輯器，建立溫度箱的Mamdani型模糊控制器，如圖1所示。溫度偏差e、溫度偏差變化率ed和輸出變量lZ的
4、語言變量E，Ed，P都選擇為{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，其中P和N分別表示正與負，B，M，s分別表示大、中、小，z表示0。圖1模糊控制器模型2.2、建立控制決策及隸屬函數(shù)模糊控制決策及解模糊方法采用系統(tǒng)默認值，即極大極小合成運算與重心法解模糊。由模糊控制決策公式可求得輸出變量的模糊集合為P=(E×Ed)×R本文都采用三角隸屬函數(shù)，各變量的隸屬函數(shù)如圖2所示。其中，圖2(a)為E和Ed，隸屬函數(shù)圖，E和Ed的量化論域為[-6，6]；圖2(b)為P隸屬函數(shù)圖，EC的量化論域為[-6，6]。不同的
5、系統(tǒng),其模糊集的隸屬函數(shù)是不同的,要根據(jù)實際情況和實踐經(jīng)驗而定。精彩文檔實用標準文案(a)E和Ed隸屬函數(shù)(b)P隸屬函數(shù)圖圖2隸屬函數(shù)圖精彩文檔實用標準文案2.3、建立模糊控制規(guī)則模糊控制規(guī)則如表1所示。建立該系統(tǒng)模糊控制規(guī)則的基本原則為：當溫度偏差較大時，選擇控制量以盡快消除誤差為主；當溫度偏差較小時，選擇控制量要注意防止超調(diào)，以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主要出發(fā)點。EDNBNMNSZPSPMPBNBNBNBNBNBNMNSZNMNBNBNMNMNSZPSNSNBNMNMNSZPSPMZNBNMNSZPSPMPBP
6、SNMNSZPSPMPMPBPMNSZPSPMPMPBPBPBZPSPMPBPBPBPB表1模糊控制規(guī)則表.將模糊控制規(guī)則表中的規(guī)則逐一輸入模糊控制規(guī)則界面。如圖3所示：圖3規(guī)則庫精彩文檔實用標準文案點擊Surface觀察模糊規(guī)則三維關(guān)系曲面圖如圖4所示。從圖4可以清晰地觀測到模糊系統(tǒng)基于輸入集的輸出集的變化范圍。圖4控制規(guī)則三維關(guān)系圖點擊view-Rules,可得到部分規(guī)則視圖。如圖5所示圖5部分規(guī)則視圖精彩文檔實用標準文案3、進行matlab的仿真為了驗證所設(shè)計的溫度模糊控制器的性能,并在仿真過程中及時
7、調(diào)整模糊控制器的控制規(guī)則和各項參數(shù),筆者利用Matlab軟件進行仿真研究.本次設(shè)計利用FuzzyLogicToolbox和Simulink圖形化工具平臺,對溫度控制系統(tǒng)進行優(yōu)化模糊控制設(shè)計與仿真的。在進行溫度控制系統(tǒng)的仿真之前,必須建立被控對象的數(shù)學模型.通常采用階躍響應(yīng)法來獲得對象的特性溫度箱溫度控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)數(shù)學模型,近似等效為帶純滯后的一階對象，傳遞函數(shù)為下式。（1）在進行模糊控制仿真時,首先利用Matlab的模糊邏輯工具箱建立溫度箱模糊控制器,然后在Simulink環(huán)境下把模糊控制器加載進相應(yīng)模
8、塊,進行仿真.量化因子Kp=2，Kd=1，Ku=21，模糊控制器的封裝以及階躍響應(yīng)曲線分別如圖6,圖7所示。圖6系統(tǒng)仿真模型圖圖7階躍響應(yīng)曲線由圖7可知,采用模糊控制不僅調(diào)節(jié)時間短,系統(tǒng)響應(yīng)加快,而且在超調(diào)量和抗干擾能力方面均優(yōu)于PID控制器,具有更好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度。精彩文檔實用標準文案4、結(jié)論總結(jié)隨著科學技術(shù)的發(fā)展，智能控制技術(shù)必會日趨完善，并且能夠在更多的領(lǐng)域上應(yīng)用。此設(shè)計是基于MATLAB的模糊控制系
