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    水泥回轉窯模糊控制器骨架的系統開發

    【河北水泥網】  【時間:2011-07-27】  【關閉本頁】  【打印本頁[字體:字體顏色]
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      實踐表明,采用模糊控制策略可以有效實現水泥生產過程的優化控制。而針對不同工序的各種被控參數,其實用模糊控制器的程序開發存在大量的重復性工作。因此,建立相應的模糊控制骨架系統可以極大地提高模糊控制器的開發效率。本文研究了模糊控制器骨架系統的體系結構及其各功能模塊的實現方法;并應用該骨架系統 生成了新型干法水泥生產中分解爐溫度控制的模糊控制器。

      新型干法水泥生產是一個復雜的理化反應過程,具有大慣性、純滯后、非線性等特點。由于系統工況復雜多變,難以得到精確的數學模型,適合采用模糊控制策略進行優化控制。模糊控制是基于模糊數學理論中模糊集、模糊邏輯的概念,模擬人類大腦思維方式和專家的控制經驗,與控制理論相結合,對無法或難以建立對象數學模型的復雜系統實施的一種智能控制方法。模糊控制在水泥工業窯爐控制領域已取得了一定的成功。目前國內外的研究主要集中于針對某一具體工序的具體被控對象來開發模糊控制器,當被控對象改變時,模糊控制器就需要重新設計,其中大量的程序開發工作都是重復性的,不但加大了技術投資,耗費時間,且出錯率也隨之增加?茖W與工程計算軟件MATLAB中提供了模糊推理系統工具箱(Fuzzy Inference Systems Toolbox),其集成度高,內容豐富,基本涵蓋了模糊集合理論的各個方面。但它主要適用于控制器設計的仿真分析研究,要應用于實際水泥工業生產控制,還需要由專業人員為之編寫相應的接口程序。因此,研究開發可生成實用模糊控制器的模糊控制骨架系統也就具有重要的實際意義。

      1 骨架系統體系結構

      骨架系統由模糊推理子系統(Fuzzy Inference Subsystem,FISS)和模糊控制器生成子系統(Fuzzy Controller Generating Subsystem,FCGSS)兩大部分組成。FISS為模糊推理系統設計及控制查詢表的生成提供了便捷平臺;FCGSS則構造了實用模糊控制器的基本骨架模型,并為控制器的生成提供平臺支持。其體系結構如圖1所示。

      骨架系統通過隸屬函數編輯與模糊規則編輯過程獲得模糊推理系統的知識庫———包括由隸屬度函數等信息構成的數據庫與模糊規則組成的規則庫。結合知識庫完成模糊推理運算,生成控制查詢表并進行系統仿真,若獲得滿意的效果則生成信息文件。經模糊控制器功能模塊的組裝與界面生成后,導入基本信息與控制查詢表,最終生成模糊控制器可執行程序。其工作流程如圖2所示。

      2 模糊控制器生成子系統(FCGSS)

      2.1 生成原理

      生成模糊控制器是骨架系統的主要功能之一,也是其最終目的。與VC等可視化程序開發工具生成程序的編譯機理不同,由于生成的模糊控制器程序具有基本一致的體系框架,因此可以采取框架復制的生成方式;驹硎牵簶嬙焱ㄓ玫目刂破鞒绦蜃鳛闃藴使羌苣P,模型預留了讀取系統所需基本信息及模糊控制查詢表內容的接口;針對具體被控對象的控制器程序的生成,其實質為對該骨架模型的復制,并輔以相關信息文件的加載。原理如圖3所示。

      所謂的標準骨架模型,是按照模糊控制器所需的采樣、模糊化、模糊推理、解模糊、執行輸出等功能開發的通用模糊控制器程序。通用的意義在于它沒有納入被控對象的任何具體信息。在模糊控制器生成功能被激發時,骨架模型連同配套信息文件被復制到用戶指定的磁盤目標地址。信息文件由FISS生成,包含了模糊控制器的名稱、各變量名、類型、論域及查詢表內容等信息。將加載了信息文件的標準控制器骨架模型轉化為可執行程序,便得到了針對具體被控對象的模糊控制器。

      這種設計方案的突出優點是具有較好的性能擴展性。骨架模型與信息文件的分離,當控制器的性能需要改進,或者需要加入其它的智能控制措施時,只需要對模型作相應的修改,并替代原模型即可。

      2.2 骨架模型構造

      骨架模型完成包括模糊控制器界面生成、信息接口、控制表查詢運算、數據采集與控制量輸出等各個功能模塊的構造。

      (1)界面生成與信息接口

      一個實用模糊控制器的人機界面主要包括控制器基本參數設置、命令按鈕、實時監視器、失控預警、人機切換及歷史數據查詢等組成部分。界面設計以實用易用為原則,兼顧標準化、人性化及簡潔美觀等要求。

      骨架模型需要預留接收來自模糊推理子系統(FISS)包括變量、參數、隸屬函數、規則、查詢表等信息的接口,因為在控制器生成時,從骨架模型到具體控制器的實現是通過對上述信息的加載來完成的。骨架系統以信息文件(SysInfo)的方式,實現FISS與FCGSS之間的信息交互。SysInfo由FISS構造,包含基本信息表與控制查詢表兩大部分。

      (2)控制表查詢運算

      控制表查詢運算是基于輸入變量的量化值進行的。系統對輸入變量值作量化操作,量化比例因子、基本論域、量化論域等參數通過信息接口自FISS導入。查表操作實際表現為對二維表數組的搜索定位過程,由于不再涉及復雜的矩陣運算,因此速度快,能充分滿足實時控制的要求。

      (3)數據采集與控制量輸出

      模糊控制器的輸入、輸出功能,分別由數據采集模塊和控制量輸出模塊完成?刂票聿樵兯媒Y果需經過反量化操作轉化為實際的精確控制量。

      模糊控制器生成子系統FCGSS在內部完成了對骨架模型的構造,搭建了模糊控制器的基本框架,通過調用SysInfo信息文件加載控制查詢表與基本系統信息,生成針對具體被控對象的實用模糊控制器。

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