MATLAB电炉加热的模糊控制器设计与实验(2)

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5.8 控制器参数分析 .. 27

结论 34

致谢 35

参考文献 . 36
1 绪论 1.1 课题的背景与意义温度是工业生产中重要的被控参数，所以电加热炉控制系统很常见。然而电加热炉由于惯性大、滞后严重、时变性强、扰动因素复杂，而难以建立准确的数学模型。目前，大多数控制都是采用经典的 PID控制，尽管它有很多优点，但对于例如有大时延、大惯性的复杂控制系统过程不是很理想。为了满足高参数大容量工业生产过程对温控的品质要求，需要不时的进行人工控制，但仍很难道达到由人工控制的变化范围。因此，采用基于熟练员工实践经验的模糊控制成为了一种趋势源]自=751-·论~文"网·www.751com.cn/ 。模糊控制是以熟练人工的操作经验为基础的，它是将熟练员工的实践经验加以总结和描述，并用语言描述出来，得到定性、不精确的模糊规则，而不需要被控对象的数学模型[1]。因此对于那些很难建立数学模型但人们却有很丰富控制经验的实际课题，模糊控制具有很大的优势。模糊控制技术具有以下特点：不需要被控对象的精确模型、适应性强、鲁棒性强、系统的规则和参数整定简单、结构简单。
1.2 模糊控制的起源与发展 1965 年美国著名控制论学者 L.A.Zadeh 发表开创性论文，首次提出一种完全不同于传统数学与控制理论的模糊集合理论。1973 年 Zadeh 又进一步研究了模糊语言处理，给出了模糊推理的理论基础。1974 年 E.H.Mamdani 首次用模糊控制实现了对蒸汽机的控制，并获得了比传统控制器更好的效果，使得模糊控制的实际应用取得了突破性的进展。1984年日本成立了国际模糊系统协会，并投入了大量人力和财力进行了广泛和深入的研究，特别是在 1987 年，模糊控制技术成功地在地铁中得到应用，使启动和制动极为平稳且停车位置能精确到 10cm 以内。此后，各种家电的模糊产品相继研制成功并进入市场，这些家电产品在节约资源、方便使用及使用效果方面富有“人性”。同时各种各样的模糊控制系统也被研制成功，例如，各种熔炉、电气炉、水泥生成炉的控制系统，汽车控制系统，机器人控制系统以及活跃于航空、宇宙通信领域的专家系统。这些模糊控制系统的应用取得了明显的效益，并且受到了人们的普遍重视。
1.3 模糊控制理论的研究与发展正如上面所述那样，20 世纪 70 年代，Zadeh 在模糊映射、模糊推理和模糊控制原理等方面进行了一系列研究，文献综述特别是提出和完善了模糊知识表示、语义变量、模糊规则及模糊图等概念，开创了模糊控制新历程，也为模糊建模和模糊控制的发展奠定了基础。模糊控制理论的研究大致有以下几个方面：（1）自学习、自适应模糊控制理论的研究。如一个复杂系统往往具有非线性、大时滞、不确定性和时变性，单纯依靠基于人工信息的有限多条模糊规则，很难完善地描述和适应复杂受控对象的多变性。因此它的研究内容主要是如何在控制系统中自动地修改、调整和完善模糊规则，来提高模糊系统的控制性能，逐步达到良好的控制效果。（2）模糊推理策略的研究。模糊推理策略对模糊控制器设计和和模糊控制系统性能有着重要作用。现在通用的策略有四种：Mamdani推理、Tsukamoto 推理、Larsen推理和Takagi 推理。（3）模糊模型辨识的研究。模糊模型就是指描述受控系统性能的一组模糊规则。模糊模型的辨识在控制、规划、决策、统计和分析等领域中得到广泛应用。（4）模糊系统稳定性的研究。由于模糊控制器是一种基于规则的“语言型”控制器，难于用数学式子描述，因此对它的各种性能分析相当困难。此后有了针对单变量闭环模糊控制系统的稳定性分析方法，并给出了系统稳定条件。但至今还没有一种统一和完善的模糊系统稳定性分析方法。（5）模糊控制与其他先进控制理论的结合。主要有模糊预测控制、模糊神经网络控制和将遗传算法引入模糊控制。 1.4 本文主要研究内容本文主要内容是简述模糊控制的原理已经分析电加热炉的加温特性和控制需求,通过模糊控制器设计方法针对电加热炉设计控制器。论文完成的主要工作：（1）简述模糊控制的数学基础；（2）简述模糊逻辑控制原理；（3）分析电炉加热特性设计模糊控制器；（4）简述MATLAB与C 语言混合编程；（5）用MATLAB仿真并且在实验室温箱系统调试模糊控制器；本文章节安排如下：第一章绪论，主要介绍课题研究背景、研究内容，模糊控制研究发展现状。第二章简述模糊控制的数学基础，主要包括简介模糊集合、模糊语言逻辑及语言算计、模糊关系与模糊逻辑推理、解模糊解决办法。第三章简述模糊逻辑控制原理，主要包括模糊化、数据库、规则库、推理机、反模糊化。第四章简单介绍了 MATLAB 与 C 的混合编程。第五章设计炉温控制的模糊控制器，并且分析模糊控制器参数与系统控制性能的关系。