焦炉集气管压力控制1.doc

模糊控制在焦炉集气管压力控制中应用 在集气管压力控制中，四个集气管上的蝶阀是其关键的部件集气管压力的控制精度及蝶阀电动执行机构工作的稳定性，己成为控制品质的决定性因素焦炉集气管压力模糊控制系统，是根据集气管的实际响应，通过模糊规则进行推理和决策，来实现对两集气管压力的优化控制集气管压力模糊控制结构如图1.2所示集气管压力为被控制量，集气管上的蝶阀开度为控制量（控制系统根据操作工设定的集气管压力的设定值对碟阀开度进行控制，当实际压力值高于设定压力值时开阀；当实际压力值低于设定压力值时关阀），控制精度为120±20Pa图4.1 焦炉集气管压力模糊控制系统结构图为简化设计，选取压力的误差和误差变化率为模糊控制器的输入语言变量由于常规的模糊控制器一般选取直接控制量作为输出语言变量，这就使得二维模糊控制器只具有比例-微分控制作用，缺少积分作用因此构成的模糊控制系统的动态性能较佳，而稳态性能不能令人满意对于焦炉集气管压力系统这种耦合严重、具有严重非线性、时变特性、扰动变化激烈且幅值大的多变量系统，系统的稳定对于整个焦炉的稳定生产具有重要的意义因此选用增量型模糊控制，即选择输出语言变量为控制量的增量。

这类似于PID控制的增量表达式，通过积分得到实际控制量这是因为增量型模糊控制是根据人类对周围环境的一种渐进认识过程而设计的，是控制系统中一种高层次的精细控制，也是一种具有较强智能型的人工智能控制方式采用这种增量型模糊控制算法，对恒值系统基本可达到无静差，使系统具有抵抗恒值和低频干扰的能力下面具体分析设计过程(l)误差和误差变化率的求取设系统要求的给定压力为，实测的集气管压力为，则取被控制量的误差和误差变化率为： (4.15) (4.16)都为精确量2)模糊化根据生产工艺，可以把误差信号的实际论域定为[-280,-120]和[60,130]，但是为了表述方便，我们把的论域按比例变换到[-6,+6]；同理，的论域为[-6,+6]；输出信号的论域为[-7,+7]设误差、误差变化率和控制输出的增量模糊化所对应的语言变量分别为、和根据专家和熟练操作工提供的信息，误差可以定义为八个模糊集，即，分别表示为{负大，负中，负小，负零，正零，正小，正中，正大}。

同理，和可以定义为七个模糊集，即，分别表示为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}设误差和误差变化率的量化值为和，则有： （4.17） （4.18）(3)确定输入、输出隶属函数模糊变量误差、误差变化率和控制增量的模糊集和论域确定后须对模糊语言变量确定隶属函数，就是确定论域内元素对模糊语言变量的隶属度本系统选用三角形隶属函数，这种隶属函数的形状和分布由参数表示，一般可描述为： 如图1.2所示为三角形隶属函数，其中7个子集分别为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大} 图1.2 .1三角形隶属函数图由三角形隶属函数法，可得出本系统中、和的隶属度值，分别示于表1-2-1、表1-2-2、表1-2-3表1-2-1 误差的隶属函数表1-2-2 误差变化的隶属函数表1-2-3 控制增量隶属函数(4)建立模糊规则模糊控制规则的建立在实际系统中，一般采用经验归纳法，控制规则的设计原则是：当误差较大时，控制量的变化应尽力使误差迅速减小；当误差较小时，除了要消除误差外，还要考虑系统的稳定性，防止系统产生不必要的超调，甚至震荡。

根据该原则，由专家知识和操作人员经验积累，可得出以下原则：①如果“偏差”是“负大”且“偏差变化率”是“负大或负小”，则输出量是“负大”；，表示集气管压力下降较大且变化率下降较快时，减小蝶阀开度，以增大压力中间20条具体规则略)②如果“偏差”是“正大”且“偏差变化率”是“正小或正中或正大”，则输出量是“正大”；，表示集气管压力增大较大且变化率上升较快时，增大蝶阀开度，以减小压力根据得到的模糊控制规则，可以归纳为表1-2-4所示的控制规则表表1-2-4 模糊控制规则表表1-2-4是根据误差和误差变化率来决定输出控制增量的大致变化情况的下面要做的工作是根据模糊控制规则表建立模糊控制表5)建立模糊控制表根据上述22条规则可建立22条模糊关系，第一条模糊关系为： (4.19)如果令式(4.19)中 (1.20) (1.21)则有=[(1.0 0.8 0.4 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0) (0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0)](1.0 0.8 0.4 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0) =(1.0 0.8 1.0 0.7 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0)T(1.0 0.8 0.4 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0) = (1.22)=[(1.0 0.8 0.4 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0) (0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0)](1.0 0.8 0.4 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0) =(1.0 0.8 1.0 0.7 0.2 0 0 0 0 0 0 0 0)T(1.0 0.8 0.4 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0) = (1.23)同理有 (1.24)假设某时刻实际采样所得的实际误差模糊子集为，且误差的变化率模糊子集为，则第条控制规则所对应的控制增量集合为： (1.25)总的控制增量模糊子集为 (1.26)如假设其采样值的模糊子集和只在量化等级处的隶属度函数值为1，而在其它处为0，假设误差E处于量化等级-6处，即其隶属度为=(1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0) (1.27)而误差变化率处于-5处，即其隶属度为=(0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0) (1.28)则根据第一条规则得出的为=[(1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0)] [(0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0)]=(1.0 0.8 0.4 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0) (1.0 0.8 0.4 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0)=(1.0 0.8 0.4 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0) (1.29)用同样的方法可得各，从而得到输出增量的模糊集合=(1.0 0.8 0.8 0.4 0.2 0.2 0.1 0 0 0 0 0 0 0 0 0) (4.30)再根据最大隶属度原则得=-7这样我们可根据不同的与的量化值，分别离线计算出对应的不同的，制成控制查询表，如表1-2-5所示。

表1-2-5构成整个模糊控制器的核心，是本系统模糊控制算法的结果，在实际控制时只要查表即可具体做法是将控制表存到计算机内存中，在实际控制时，只要在每一个控制周期中，将采样得来的实测误差以及计算得到的误差变化率，都经过量化转移，变成查表所需的和值，再与表1-2-5中的行、列相比较，就可以得出所需的控制增量6)去模糊化在查表得到控制增量的量化等级后，要将它转化为能对外输出的控制量的精确值，由 (4.31)可得控制增量的精确值，其中为比例因子，为查表后得到的控制增量的量化等级数 (4.32)得到本周期的实际控制输出即找出相应的蝶阀角度的变化量，通过执行器完成蝶阀调节板的角位移，以控制集气管压力偏差在工艺规定的允许范围内表1-2-5 模糊控制表。