辗环机控制系统研究——带单个修正因子的辗环机模糊控制系统研究论文.doc

毕毕 业业 论论 文文 题目题目 辗环机控制系统研究辗环机控制系统研究 带单个修正因子的辗环机模糊控制系统研究 学学 院院 机械学院 专专 业业 机械设计制造及其自动化 姓姓 名名 学学 号号 指导教师指导教师 2010 年 月 日 华 北 水 利 水 电 学 院 毕 业 论 文 任 务 书 论论文文题题目：目：辗环辗环机控制系机控制系统统研究研究 专 业： 机械设计制造及其自动化 班级学号： 姓 名： 指导教师： 设计期限： 2010 年 3 月 3 日开始 2010 年 6 月 11 日结束 学 院： 机械学院 2010 年 3 月 3 日 华北水利水电学院毕业论文 1 一、毕业论文的目的一、毕业论文的目的 毕业设计是学生由理论学习向生产实践过渡的重要教学环节，通过毕业设计要达到 以下目的： 1、总结在校期间所学的知识，使所学的理论知识得到巩固、扩大、深入和系统化， 并能学以致用。学会使用现代化的计算工具、数据处理手段和计算机绘图方法。 2、培养综合运用所学知识，解决实际问题的能力，掌握设计控制系统的方法。 3、掌握科技文献的检索方法。 4、具有外文资料的翻译能力。 5、培养学生严肃认真、事实求是、刻苦钻研的工作作风。培养独立完成和钻研的能 力，培养与人合作和团队精神。 二、主要内容二、主要内容 1、研究清楚辗环机的工作原理，制定合理的控制方案。 2、根据控制方案确定各控制环节的具体实现方法。 3、对控制方法进行实验或仿真。 三、重点研究问题三、重点研究问题 针对目前国内外环件轧制的现状和相应问题，设计和创新辗环机控制系统，特 别是在创新上力图有所突破。 四、主要研究方法四、主要研究方法 1、学习环件轧制理论，搞清环件轧制的基本原理； 2、收集、查阅国内外相关技术资料，消化吸收； 3、制定控制方案； 4、对控制方案进行细化。 5、在控制环节的实现上提出创新思路。 6、有条件的情况下对控制系统进行仿真 五、论文成果要求五、论文成果要求 1、实习报告一份（含电子文档、实习报告字数不少于 1500 字） 。 2、开题报告一份（3000 字左右，查阅文献应在 20 篇以上，文献综述引用应在 10 华北水利水电学院毕业论文 2 篇以上，含两篇以上外文） （与说明书合订） 。 3、外文专业资料翻译 2000 字以上（与说明书合订） 。 4、毕业论文一份，含任务书、目录、中外文摘要（400 字左右） ，序言、国内外研 究进展、存在的问题、本文研究目的与内容、研究方法原理与过程、结论。参考 文献等，总字数至少在 10000 字以上。模具图纸一套。 5、电子文档一套：含任务书、毕业论文全文、三维模型文件及相应的图纸和其他 材料、开题报告、实习报告、外文专业资料翻译原稿、翻译稿。 6、毕业论文成果材料清单一份（与说明书合订） 。 六、其它六、其它 华北水利水电学院毕业论文 1 20092009 年年辗环机控制系统研究辗环机控制系统研究毕业设计进程表毕业设计进程表 时间：3 3 月 3 3 日6 月 11 日，第 114 周（含 2 周实习） ，15 周答辩 第第 1 12 2 周周 （3.33.33.133.13） 1.学习环件轧制理论； 搞清环件轧制的基本原理、及相应的过程控 制。 2.查阅相关中英文文献资料，对研究内容有一个初步了解。 3.完成外文翻译。 第第 3 34 4 周周 （3 314143.273.27） 1.实习、了解环件轧制领域的最新进展、了解环件轧制设备与轧制过 程。写出实习报告。 2.写出开题报告（含国内外研究进展及文献综述；提出环件轧制的控 制方案；提出一项以上自己要解决的环件扎制控制的具体技术问题， 分析可能遇到的困难提出解决思路。查阅文献应在 20 篇以上、应用 的文献资料在 10 篇以上） 。 第第 5 56 6 周周 （3 329294.104.10） 1.初步提出控制方案。 2.学习完成课题所需相关知识。 3.根据课题内容开展相应研究工作 第第 7 79 9 周周 （4.124.124.304.30） 1.制定实际控制方案，确定控制方法。 2.对控制方案进行细化，确定个控制环节。 第第 10101212 周周 （5.45.45.225.22） 1.对控制系统进行仿真。 2.绘制相关控制线路。 第第 13131414 周周 （5.245.246.56.5） 1.撰写、装订毕业论文（6000 字以上，任务书、开题报告、中、外 文摘要、目录、参考文献，形式完整，格式正确，参考文献标注页码） 。2.答辩准备。 第第 1515 周周 （6.76.76.116.11） 毕业答辩 华北水利水电学院毕业论文 1 华北水利水电学院本科生毕业设计开题报告华北水利水电学院本科生毕业设计开题报告 2010 年 3 月 26 日 学生姓名刘三富学号 200605003 专业机械设计制造及其自动化 题目名称带单个修正因子的辗环机模糊控制系统研究。 课题来源自选 相关内容 一辗环机简介 辗环机又称扩孔机，辗扩机或扎环机。其功用是使环件产生连续局部 塑性变形，进而实现壁厚减小，直径扩大，截面轮廓成型。其工作原理为： 驱动辊旋转，其和环件之间的摩擦带动环件旋转，而压力辊有一个进给运 动，从而给环件以轧制力，于是环件通过驱动辊和压力辊构成的轧制孔型 产生连续的局部塑性变形，使环件壁厚减小，直径扩大，截面轮廓成型。 压力辊和导向辊可以绕轴向在和环件的摩擦作用下自由地转动。导向辊给 环件压力作用以保证环件的平稳转动。辗环机是环件轧制的具体实现设备， 辗环机控制系统是保证环件轧制效率和环件轧制精度的重要影响因素。 二辗环机电控系统 1. 控制系统组成 控制系统由 PLC, 人机界面， 执行元件，操作器件，信号整形电路等 几部分组成。 2. 控制器件 1)控制器件为控制按钮及位置接近开关 2)人机界面包括显示屏及参数设定键盘通过标准 RS-232 与 PLC 进行实时 通信。 3)执行元件包括控制电机及电磁阀的接触器及中间继电器。 4)信号整形及转换电路为光栅信号的整形和转换等。 三辗环机控制系统之模糊控制系统研究。 1.模糊控制的发展及应用 自 1965 年 L.A.Zadeh 教授提出了模糊数学理论，模糊理论开始发展起 来。1974 年，Mamdani 在蒸汽发动机上成功地运用了模糊控制，开始了模 糊控制的应用阶段。模糊控制实际上是一种非线性控制，从属于智能控制 的范畴。由于模糊控制不要求知道被控对象的精确数学模型，而且鲁棒性 华北水利水电学院毕业论文 3 强，根据实际系统的输入输出结果数据，参考现场操作人员的运行经验， 就可 对系统进行实时控制，使得模糊控制得到了迅速发展，广泛地应用 于工业，家用电器，机器人等许多领域。 二十世纪 Mamdani在蒸汽发动机上成功地运用了模糊控制； 70年代 英国的PJKing等人采用模糊控制器实现了反应炉的温度控制。 荷兰学者wJMKickert等人利用模糊控制器解决了含有非线性、时滞 特性的热交换过程的控制问题。丹麦学者JJOstergoarcl利用模糊控制 器实现了对双输入双输出的热交换过程的控制。 80年代 丹麦FLSmidth公司推出了实用化的水泥窑模糊逻辑控制系统。 日本SMurakami成功研制了基于语言真值推理的模糊控制器，并应用于汽 车速度的自动控制。Jasunobo等人研究了预测模糊控制，将其应用于火车 自动驾驶系统和集装箱起重机的自动操作系统。 90年代 模糊控制硬件与软件的开发也发展起来，Yamakawa首次研制了模 糊组件。美国Omron公司开发了数字模糊处理(DFP)FP-3000，还推出了FB- 3OAT卡板进行编译，模糊控制。还被集成到PLC中以及把模糊控制作为DCS 系统的功能模块。空调机、全自动洗衣机、吸尘器等高档家电中普遍应用 了模糊控制技术。机器人定位系统、汽车定位系统、智能车辆高速公路系 统。 二十一世纪 控制系统、模式识别、医药、游戏理论。 2. 模糊控制理论 模糊控制理论以模糊数学为基础，以模糊集合，模糊关系，模糊推理 来模仿人类思维的判断综合推理，处理，解决常规方法难以解决的问题。 模糊控制是智能控制最早的形式，它吸取了人的具有模糊性的特点。从广 义上讲，模糊控制是应用模糊集合理论统筹考虑系统的一种控制方式。 3. 模糊控制的特点 （1）适用于不易获得精确数学模型的被控对象，其结构参数不很清楚 或难以求得，只要求掌握操作人员或领域专家的经验或知识。 （2）模糊控制是一种语言变量控制器，其控制规则只用语言变量的形 式定性的表达，构成了被控对象的模糊模型。 （3）系统的鲁棒性强，尤其适用于非线性，时变，滞后系统的控制。 华北水利水电学院毕业论文 4 4. 模糊控制器 （1）模糊控制器一般包括 5 部分：1.模糊化接口：将真实的确定量通 过隶属函数转化成模糊量。2.数据库: 用于存放输入和输出变量全部模糊 子集的隶属函数。3.模糊规则集：以 IF-THEN 控制规则形式给出的信息。 4.模糊推理机构：基于模糊规则，采用模糊逻辑操作和推理方法而获得模 糊输出。5.解模糊接口：用于将模糊输出转换成系统的数值输出。 （2）模糊控制器的作用：1. 将控制误差等精确量“模糊化”为模糊量。 2. 根据基于语言控制规则或操作经验提取的模糊控制规则，推理得到控制 作用的模糊量。3. 采用一定的“清晰化”算法将模糊控制量换算为精确控 制量输入给执行机构已完成系统的模糊控制调节过程。 5. 修正因子 修正因子又称为加权因子，用a表示。通过调整a值的大小，可以改变 对偏差和偏差变化的不同加权程度。用修正因子校正法对模糊控制规则进 行优化，效果很好。因此，当被控对象采用带有调整因子的模糊控制器进 行控制时，在适当地确定误差及误差变化的论域的基础上，再通过调整加 权因子a可以获得较好的控制效果。 采用的主 要技术路 线或方法 1. 查阅资料，研究辗环机的工作原理，根据环件轧制的特点制定控制方案。 2. 辗环机控制系统之模糊控制的研究提出创新思路以及模糊控制器的设计， 主要对进给系统进行模糊控制设计。 3. 用 MATLA 软件进行进给系统的建模以及用 SIMULINK 进行模拟仿真。 4. 用单个修正因子对辗环机模糊控制系统进行校正，使其系统优化。验证 修正因子校正法的有效性。 华北水利水电学院毕业论文 5 预期的成 果及形式 1. 实习报告一份（与毕业论文合订） 。 2. 开题报告一份（查阅文献应在 20 篇以上，应用的文献资料在 10 篇以上） 。 3. 外文专业资料翻译 2000 字以上（与毕业论文合订） 。 4. 毕业论文一本，含目录，中英文摘要，正文，附录等。论文主要内容为： 国内外研究进展，存在的问题，本文研究目的与内容，研究方法原理， 总论。一万字以上。 5. 电子文档一套：含毕业论文，相应的图纸及其他文件，开题报告，实习 报告，外文专业资料翻译原稿，翻译稿。 时间安排 第 1-2 周 1.学习环件轧制理论，搞清环件轧制的基本原理，及相应的过 程控制 2.查阅相关中英文文献资料，对研究内容有一个初步了解。 3.完成外文翻译。 第 3-4 周 1.实习 了解辗环轧制领域的最新进展，了解环件轧制设备与 轧制过程，写出实习报告。 2.写出开题报告（含国内外研究进展及文献综述，提出环件轧 制的控制方案。提出一项以上自己要解决的环件轧制控制的 具体技术问题，分析可能遇到的困难提出解决思路。查阅文 献应在 20 篇以上，应用的文献资料在 10 篇以上） 。 第 5-6 周 1.初步提出控制方案。 2 学习完成课题所需相关知识。 3.根据课题内容展开相应研究工作。 第 7-9 周 1.制定实际控制方案，确定控制方法。 2.对控制方案进行细化，确定个控制环节。 第 10-11 周 1.对控制系统进行仿真。 2.绘制相关控制线路。 第 12-13 周 1.撰写，装订毕业设计。 2.答辩准备。 第 14 周 毕业答辩。 华北水利水电学院毕业论文 1 指导教师 意见 签名： 年 月 日 备注 参考文献 1.华林，黄兴高，朱春东. 环件轧制理论和技术J. 2.杨杰，郝用兴. 冷辗环机数字控制系统设计J. 3.鄢奉林，华林. 冷辗扩过程实时测控技术的发展状况J. 3. 郝用兴，张猛. 辗环机数字控制系统J. 4. 颜士伟，余世浩. 环件辗扩加工的控制方法J. 5. 廉小亲，模糊控制技术，北京：中国电力出版社. 6. 周存龙，黄庆学. 特种轧制设备. 7. 齐占庆 主编 机床电气控制技术 机械工业出版社 8. 刘金琪 编著 机床电气自动控制 哈尔滨工业大学出版社 9. 许雯 锻压装备与制造技术. 10. 李斌 国内外冷辗环机特点分析J。 11. 崔微，张文修. 一种基于 PLC 的模糊控制。西安理工大学。 12. 华林. 环件冷辗扩技术现状和发展。武汉理工大学。 13. 宋广伟，李向阳. 模糊控制器的设计。华南理工大学。 14. 贾虹，石卫. 精密冷辗环机的电控系统J. 轴承。 15. 朱春东，黄尚宇.径向辗环的数学模型与尺寸控制方式.金属成形工艺， 1997,15(5 ):40-42 华北水利水电学院毕业论文 1 摘要 冷辗扩是一种生产高精度、高性能无逢环件的技术，该技术在机械、汽车、船舶、 冶金、化工、航空航天等领域中有着广泛的应用。冷辗环机是冷辗扩加工技术的具体实 现设备，辗环机的数字控制系统的好坏将直接影响到辗环机的加工精度、辗环加工过程 的稳定性以及辗环机的加工效率。 随着智能控制技术的发展，智能控制技术逐渐应用到 了多种机械设备控制中，本次研究了利用模糊控制技术对辗环机进给系统实施智能控制。 对模糊控制理论的分类及其组成，对模糊控制器的设计及应用进行了综述。 在模糊控制器设计中，合理地选择模糊控制器输入变量的量化因子和输出变量的比 例因子非常重要。以辗环机进给系统仿真模型，分析了各参数对系统性能的影响。仿真 实验表明，量化因子和比例因子的大小及其不同量化因子之间大小的相对关系，对模糊 控制器的控制性能影响极大，只有将模糊控制器的量化因子综合考虑，模糊控制器才会 发挥出最佳性能. 论述了基于 MATLAB(SIMULINK)语言的模糊控制系统的设计和仿真，为实现了模糊控 制系统的设计和仿真，提供一种高效仿真方法，显现了通过 SIMULINK 可视化工具平台进 行建模与仿真时的简捷、直观而且迅速等优点。 研究了模糊控制系统的优化设计方法，用修正因子校正法对模糊控制规则进行校正， 并用 MATLAB 进行仿真，得出了修正因子法对模糊控制规有较好的优化效果。 关键词：冷辗环，轧制，智能控制，修正因子。 华北水利水电学院毕业论文 2 Abstract Cold ring rolling is a technology to produce high precision and performance seamless ring，which is widely used in machinery, automobile,boat and ship，metallurgy ,chemical industry ,aeronautics and astronauticsCold ring rolling machine is an equipment to realize cold ring rolling，whose numerical control system characteristics have great effect on processing precision，processing stability and processing efficiencyWith the development of intelligent controlling，it has gradually applied in controlling system of many kinds of mechanical devices. The focus of this study is the intelligent control about the cold ring rolling for the system by virtue of fuzzy control technology It focuses on the catagories and the organization of the fuzzy control theory，and summarizes the design and application of fuzzy controllers In fuzzy controller design，it is extremely important for the reasonable choice of input variable quantification factor and output variable proportionality factor of fuzzy controller With ring rolling machine feeding system as the simulation model，the various parameters influence the system performance were analyzedThe simulation experiment indicates that the quantification factor and proportionality factor and its relative relations have enormous influence on the control performance of fuzzy controller The fuzzy controller will be able to display the optimum performance by considering the quantification factor of the fuzzy controller synthetically It appeared that the visual simulink-modeling method has some 华北水利水电学院毕业论文 3 excellences such as briefness, intuition, rapidness and so on Introduce the design of Fuzzy Control System, and modifies the fuzzy control rules by using modifiable factorsThen the simulation with MATLAB has madeObtained modifiable factors method for fuzzy control rules with better optimization results. Key words：cold ring ，rolling mill，intelligent control，modifiable factors. 华北水利水电学院毕业论文 1 目录 摘要 .1 ABSTRACT .2 第一章 绪论 .1 1.1 本设计的目的与意义 1 1.2 模糊控制在国内外发展状况.1 1.3 本设计的主要内容.3 第二章 模糊控制系统研究 4 2.1 模糊控制简介.4 2.2 模糊控制理论.5 2.2.1 基本模糊系统5 2.2.2 基于 TS 模型的模糊系统5 2.2.3 基于函数 FBF 的模糊系统 5 2.3 模糊控制的类型.6 2.3.1 自适应模糊控制6 2.3.2 模糊预测控制7 2.3.3 基于神经网络的模糊控制7 2.3.4 基于遗传算法的模糊控制8 2.4 模糊控制系统工作原理.9 2.4.1 糊控制器的解析结构9 2.4.2 模糊控制器设计9 2.4.3 模糊控制的基本理论 .11 2.5 模糊控制的特点.13 2.6 模糊控制的不足之处.13 第三章 冷辗环机进给系统模型的建立14 3.1 辗环机简介.14 3.2 冷辗工艺.14 3.3 辗环机结构简图.15 3.4 辗环机进给系统建模.15 3.4.1 机械传动部分的建模 .16 3.4.2 电气传动部分建模 .17 第四章 辗环机进给系统模糊控制器设计与仿真19 华北水利水电学院毕业论文 2 4.1 MATLAB简介.19 4.2 模糊控制器的设计.19 4.3 模糊推理系统(FIS)的建立22 4.3.1 FIS 介绍 .22 4.3.2 使用图形界面工具建立 FIS.22 4.4 用 SIMULINK进行仿真 27 4.4.1 准备步骤 .27 4.4.2 模糊系统系统仿真 .28 总结与展望34 致谢.35 参考文献36 附录一英语原文37 附录二翻译45 华北水利水电学院毕业论文 1 第一章 绪论 1.1 本设计的目的与意义 通过对辗环机进给系统模糊控制的设计和研究，以加深对模糊系统控制的认知，掌 握了其基本原理和方法，为进入社会后从事控制工程技术工作有了好的开始。 在环件轧制中，轧环机的进给速度是可变的，合理地设计和控制轧环机的进给速度 是实现稳定轧制的前提，然而迄今国内外有关技术手册尚未对环件轧制进给速度的设计 提出规范和方法。通过对环件轧制过程控制的研究，尤其是轧环机直线进给运动控制系 统的研究，对在轧制过程中控制直线进给速度具有一定的指导意义。本文旨在建立环件 轧制过程控制模型和方法，以期为轧制质量控制提供技术依据。 对冷辗环机的进给系统做了智能控制(模糊控制)研究，通过最终的仿真的结果表明 模糊控制可以较好地应用到冷辗环机进给伺服系统的控制中，模糊控制对伺服系统有较 好的控制作用，模糊控制作为一种智能控制在不久的将来会有广阔的前景。 本次设计用 MATLAB 软件对辗环机进给系统模糊控制进行仿真，通过虚拟仿真可直 观简洁地反映出其控制系统的优劣，对控制规则的修改寻找最优控制。 1.2 模糊控制在国内外发展状况 (1)国外情况 从 1965 年以来，即美国著名控制论专家扎德教授创始模糊数学以来，模糊控制理论 及其应用也迅速发展起来了。 在 70 年代中，提出了模糊控制问题，并在这一领域开展了大量的研究。研究活动主 要集中在 Queen Mary 学院。主要工作是由马丹尼(EHMamdani)和他的学生们进行的， 其次有剑桥大学的汤哥（R.Tong） 。 1974 年马丹尼首先用模糊控制语句组成模糊控制器，对一个实验性的蒸汽机进行控 制，控制的问题是调节热量和节流阀的设定值，以控制蒸汽机的速度和锅炉的蒸汽的设 定值。使用了 24 条“if A then B then C”这种形式的语言规则实现了控制，取得了比 传统的 DDC 控制还要好的效果。这标志模糊控制的诞生。以后在英国，丹麦，荷兰，日 华北水利水电学院毕业论文 2 本等国先后对不同的复杂控制对象进行了不同程度的模糊控制，均取得了较好的效果。 日本东京工业大学的营野在净水厂加入凝聚剂，加入的速度和水的浑浊度以及人的经 验有很大关系。加入速度的预测方法是以过去的经验为标准，增加补偿部分，作成模糊 控制器，经在净水场进行试验，结果与熟练操作人员的设定值非常吻合。 今年来，日本在汽车，火车，飞机等交通系统中应用模糊控制做了大量的研究工作， 取得了可喜的成果。例如:1983 年，日本日立制造厂系统开发研究所的安信等人，用预测 模糊控制的方法对电气铁路列车的运行和停止进行控制，使用了 24 条控制规则构成了模 糊控制器。改变道路的坡道等条件，用仿真方法与 PID 控制对比，表明模糊控制与熟练 驾驶员控制结果相当。电能节约 11一 14。 (2)国内情况 自 1979 年以来，我国许多学者相单位，在模糊控制领域开展了大量的理论以及仿真 试验研究对国内外模糊控制的研究工作做了系统的介绍，对我国工业中应用模糊控制 起到了推动作用。近年来，在工业中应用模糊控制已取得了许多成果。 1979-1980 年我国李宝原、刘志俊等人设计了一类缺乏数学模型的控制器，在 DJS l30 机上，用 BASIC 语言实现了模糊算法，对模糊控制器的特性作了数字仿真，与 PI 控 制器进行了比较，结果表明，模糊控制器对单位阶跃响应具有速度较快，精度较高以及 对参数变化不敏感等优点。此后，汪培庄、楼世博、尤照升、陈国权、宋大鹤等人在模 糊控制理论相控制算法方面作了大量的研究工作，在模糊控制理论上取得了可喜的成果， 为模糊控制技术在工业控制领域的应用打下了理论基础。这之后、彭映斌、胡家跃、戴 忠达、吕川、田成方、王学慧、王旭东、李友善等人把模糊控制领域应用到冶金、化工 等工业过程的控制领域(主要用在烧结过程和钢厂燃油退火炉的温度控制、水泥回转窑生 产过程控制方面)，并取得了可喜的成果。值得提出的是马方清、卢润德等人把模糊控制 技术用在选煤厂精煤的离心脱水过程控制。孙庚山、兰西柱等人把带有自调整模糊控制 规则的模糊控制器用于型煤生产过程中的型煤机成型压力系统控制，在实验室内作了数 字仿真研究。结果表明，无论动态响应持性还是稳态精度都获得了满意的结果。 实践证明，对于过程复杂、具有非线性、时变、滞后等特征的对象(如井下采煤生产 过程自动化，选煤生产过程自动化，型煤加工生产过程自动化)，模糊控制都具有无可比 拟的优越控制性能和强大的生命力。 华北水利水电学院毕业论文 3 1.3 本设计的主要内容 本设计为辗环机进给系统的模糊控制设计和研究。 （1）研究模糊控制理论，探讨模 糊控制的实现方法。（2）建立辗环机伺服进给系统的动力学方程。（3）设计模糊控制 器对伺服进给系统进行控制，利用MATLAB仿真曲线分析模糊控制对辗环机进给伺服系 统的控制。（4）研究修正因子对辗环机进给系统的模糊控制的影响用SIMULINK 进行仿 真并寻求最优解。 华北水利水电学院毕业论文 4 第二章 模糊控制系统研究 2.1 模糊控制简介 模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control)简称模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集 合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。1965年，美国 的L.A.Zadeh创立了模糊集合论；1973年他给出了模糊逻辑控制的定义和相关的定理。 1974年，英国的E.H.Mamdani首先用模糊控制语句组成模糊控制器。并把它应用于锅炉和 蒸汽机的控制，在实验室获得成功。模糊控制的核心就是利用模糊集合理论，把人的控 制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言所描述的控制算法，这种方法不仅 能实现控制，而且能模拟人的思维方式对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的 控制。这一开拓性的工作标志着模糊控制论的诞生。 模糊控制实质上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。模糊控制的一大特点 是既具有系统化的理论，又有着大量实际应用背景。模糊控制的基本思想就是在控制方 法上应用模糊集合理论，把人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言 所描述的控制算法，通过模拟人的思维方式对一些无法构造数学模型的被控对象进行有 效的控制。模糊控制的发展最初在西方遇到了较大的阻力，然而在东方尤其是在日本， 却得到了迅速而广泛的推广应用。控制理论的发展经历了古典控制理论、现代控制理论 和智能控制理论三个阶段。智能控制又包括模糊控制、神经网络控制、专家控制和仿人 智能控制等。近20多年来，模糊控制不论从理论上还是技术上都有了长足的进步，成为 自动控制领域中一个非常活跃而又硕果累累的分支。其典型应用的例子涉及生产和生活 的许多方面，例如在家用电器设备中有模糊洗衣机、空调、微波炉、吸尘器、照相机和 摄录机等：在工业控制领域中有水净化处理、发酵过程、化学反应、水泥窑炉等的模糊 控制；在专用系统和其它方面有地铁靠站停车、汽车驾驶、电梯、自动扶梯、蒸汽引擎 以及机器人的模糊控制等。 模糊控制具有良好控制效果的关键是要有一个完善的控制规则。但由于模糊规则是 人们对过程或对象模糊信息的归纳，对高阶、非线性、大时滞、时变参数以及随机干扰 严重的复杂控制过程，人们的认识往往比较贫乏或难以总结完整的经验，这就使得单纯 的模糊控制在某些情况下很粗糙，难以适应不同的运行状态，影响了控制效果。 常规模糊控制的两个主要问题在于：改进稳态控制精度和提高智能水平与适应能力。 华北水利水电学院毕业论文 5 在实际应用中，往往是将模糊控制或模糊推理的思想，与其它相对成熟的控制理论或方 法结合起来，发挥各自的长处，从而获得理想的控制效果。由于模糊规则和语言很容易 被人们广泛接受，加上模糊化技术在微处理器和计算机中能很方便的实现，所以这种结 合展现出强大的生命力和良好的效果。 2.2 模糊控制理论 模糊控制理论以模糊数学为基础，以模糊集合、模糊关系、模糊推理来模仿人类思 维的判断综合推理，处理、解决常规方法难以解决的问题。模糊控制是智能控制较早的 形式，它吸取了人的思维具有模糊性的特点。从广义上讲，模糊控制是应用模糊集合理 论统筹考虑系统的一种控制方式。模糊逻辑系统是由模糊化处理、模糊推理、非模糊化 处理组成，因此它们不同的选取方法，就会构成不同的模糊逻辑系统。 2.2.1 基本模糊系统 具有标准的模糊化处理、模糊推理、非模糊化处理3个基本环节。模糊规则的输入与 输出均为模糊量,模糊推理采用super-*合成。 2.2.2 基于 TS 模型的模糊系统 TS模型由日本的 Takagi和Sugeno提出，它在每条规则的结论部分即输出是线性方程， 表示系统局部的线性输入/输出关系，而系统的总输出是所有线性子系统输出的加权平均， 可以表示全局的非线性输入/输出关系. 因此这类模糊系统能对非线性系统实现局部线性 化，适合于工程应用。 2.2.3 基于函数 FBF 的模糊系统 这类模糊系统是以模糊基函数FBF为基础，它具有重心平均非模糊化机制、乘积推理 规则和单值模糊化机制。它是Wang提出，Wang利用StoneWeiestrass定理证明了具有乘积 推理中心反模糊化、高斯型隶属函数的模糊系统能以任意的精度逼近任一实连续函数， 这个模型能利用等价的模糊系统来初始化神经网络，从而使得模糊控制器规则的在线调 整精度和神经网络的学习速度得以大幅度地 提高。 华北水利水电学院毕业论文 6 2.3 模糊控制的类型 模糊控制，就是在控制方法上用模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础 的非线性智能控制。模糊控制要有良好的控制效果，关键必须具有较为完善的控制规则， 但对于复杂的工业过程有时难以总结出较完善的经验，并且当对象动态特性发生变化， 或者受到随机干扰影响时都会影响模糊控制的控制效果，为促进模糊控制的研究，目前 已经进行了一些改进。近年来，预测控制、神经网络、遗传算法等先进控制算法的研究， 为模糊控制的规则表示及学习算法提供了新的方向。 2.3.1 自适应模糊控制 自适应模糊控制就是它能自动地对模糊控制规则进行修改、改进和完善，以提高控 制系统性能。已经知道，模糊控制器控制质量的好坏主要取决于模糊控制规则的设定， 对于那些时变的、非线性的复杂系统采用模糊控制时，要获得良好的控制效果，必须要 求模糊控制器具有较完善的控制规则。而且由于被控过程的非线性、高阶次、时变性以 及随机干扰等因素的影响，造成模糊控制规则粗糙或者不够完善，从而不同程度地影响 控制效果。 图2-1 自适应模糊控制的典型结构图 图2-1为自适应模糊控制器的典型结构图。为了使控制规则在控制过程中自动调整和 完善，Procyk 15薛定宇.控制系统仿真与计算机辅助设计.北京:机械工业出版社，2005 16 朱春东，张猛.径向辗扩机辗环过程控制的研究.锻压技术，2000,12(3):37-39 17 朱春东，黄尚宇.径向辗环的数学模型与尺寸控制方式.金属成形工艺，1997,15(5 ): 40-42 18华林，梅雪松，吴序堂.轧环机进给速度设计.汽车工艺与材料，1999,3: 8-9 19何思松，时大方，许莉萍等 精密冷辗机滑块进给的运动分析 河南科技大学. 20郝用兴 辗环机进给系统模型的建立 华北水利水电学院学报 1994.11. 21郝用兴，张猛 辗环理论进给规程研究 武汉工学院 1993 年第 1 期. 22华林.环件轧制成形原理和技术设计方法:.西安:西安交通大学，2000 华北水利水电学院毕业论文 37 附录 附录一英语原文 New Method for Evaluating Thermal Wear of Roils in Rolling Process Abstract：A new method was developed by a thermal wear machine to evaluate the thermal wear of rolls in steel rolling processThe stee1 strip and rolls were simulated by upper and 1ower heating disksThe upper heating disk could be kept at a temperature of over 900 by induction heatingThe pressure between the disks as high as 323.2 MPa could be achieved and the slipping rate could be 12.7 The thermal wear of high speed steel(HSS)roll material，the wear rate of the HSS roll，and the SEM morphology of a worn HSS roll surface were investigatedThis method was useful and could be employed to simulate friction and wear between strip and roll during the strip roiling process Key words：therma1 wear；roll；friction；strip rolling；Induction heating The roll is one of the most important tools in the rolling processIts surface may get worn out because of the relative slip between the roll surface and steels for the fast changes in both rolling force and temperature In designing and calculating the wear crown of rolls，the roll wear is a very important factor and has to be taken into consideration，as it can reduce the difficulty in controlling steel shape and increase the accuracy in the calculation model of the roll wear crown Furthermore，the wear of the roll surface will directly affect the surface 华北水利水电学院毕业论文 38 quality of stee1 Therefore，it is significant to develop an approach method to evaluate the roll wear and to study the mechanism of roll wear based on friction theory To date，many studies have been carried out concerning roll wear For example，Kato developed a thermal wear equipmentwhich is a disk shaped machineHowever，it is difficult to simulate the wear between steel and roll during the rolling process，as the disk is smal1 and thin，and the load is not very largeGlottal E and Li et alE. studied the thermal wear attribution of wear- resistant materials 9Cr2 and 3Cr2W 8V， and the thermal wear equipment they used was a pin disk machine，which could not be used to simulate the thermal wear of the rol1Liao used a smal1 mil1 to roll the wire and studied the thermal wear of the roll with high Cr cast ironHowever，this equipment was a mil1 and the work piece that needed to be heated and rolled for stud ring the frictional wear Thus，for some work pieces it was almost impossible to study the wear under different slipping rate and load for a long period In this paper, the thermal wear test method is developed，which is a disk- like machine The upper and lower disks are used to simulate the workpiece and the roll，respectively The upper disk can be heated up to 900 through an induction coil The load can be exerted as high as 323.2 MPa between disks，and the maximum slippage ratio is 12.7 1 Principle To evaluate the thermal wear of rolls, a new test machine was 华北水利水电学院毕业论文 39 developed，which was disk-like on the basis of the 2-high 1 60 mm mill The disk，drive shaft，bearing block， and forcing equipment were designed and manufactured。and the induction heating equipment was designed with a special shape to heat the upper disk where the temperature could reach higher than 900The upper and lower disks could be used to simulate the workpiece and the rolls during hot rolling，respectively The ratio of the slip between disks could be determined by the forward slipThe lower disk with different embedded materials could be employed to study the wear of the roll under some rolling condition. The original 2-high 160 mm mill consists of motor-driven equipment， a reducer，and junctorThe devices to be designed are disk，shaft，bearing block， forcing equipment， balancing spring， end cap，cushion ring，junction box，back plate，and so on The high frequency induction equipment is designed as a special heating mode(1)The dimension of the upper disk is 160 mm 30 mm and that of the lower disk is 160 mm 50 mm The disk material is 45 steel and the dimension of the experimental roll material is 10 mm 10 mm ，which is embedded on the periphery of the 1ower disk(2)The materia1 of the drive shaft is 40Cr steel which is hollow f