模糊控制理论综述.doc

模糊控制理论综述总职教与成教模糊控制理论综述南通职业大学机械工程系楚焱芳张瑞华摘要】模糊控制是近代控制理论中一种基于语言规则与模糊推理的高级控制策略和新颖技术.本文介绍了模糊控制理论的概念,发展概况,应用特点;总结了各种模糊控制系统以及它的典型应用;指出模糊控制的不足.关键词模糊控制理论模糊控制系统发展概况工业工程应用O前言模糊控制是近代控制理论中一种新兴的控制手段,它是模糊系统理论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物,是基于语言规则与模糊推理的高级控制策略和新颖技术.对那些时变的非线性的复杂系统,当无法获得精确的数学模型的时候,利用具有智能的模糊控制器能给出有效的控制.因此模糊控制在近年来得到了迅速的发展.1模糊控制简介1.1模糊控制的概念模糊逻辑控制(FuzzyIJ0出Contro1)简称模糊控制(FuzzyCont),是指在控制方法上应用模糊集合论,模糊语言变量和模糊逻辑推理,通过模拟人脑思维,对一些无法建立数学模型的过程进行控制的一种计算机数字控制技术.模糊控制所追求的目标与其它的实用性理论一样,都是为解决各种实际问题提供更加有效的思路与方法.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.1.2模糊控制理论的发展概况时间事件备注1965年,美国加利福尼亚大学控制论专家2O世纪L.A.zadeh教授首次提出用”隶属函数”的标志着模糊控6O年代概念来定量描述事物模糊性的模糊集合制论的诞生理论.1974年,英国的E.H.Mafndaflj成功地将模糊控制应用于锅炉和蒸汽机控制;2O世纪1976年,荷兰学者w.J.M.Kicke利用模糊表明了模糊控控制器解决了含有非线性,时滞性的热交7O年代制领域的潜力换过程的控制问题;1978年,Holmblad和Oster鼬d为整个工业过程开发出第一.个模糊控制器一模糊水泥窑控制器.日本的工程师用模糊控制技术首先控制2O世纪一家富士电子水净化工厂,又开发了仙台引起了模糊领8O年代地铁模糊系统,创造了当时世界上最先进域的一场巨变的地铁系统.2O世纪Yawa首次研制了模糊组件;空调,吸尘器等高档家电中普遍应用了模糊应用更加广泛9o年代控制技术.模糊控制无处21世纪控制系统,模式识别,医药,游戏理论等.不在1-3模糊控制的特点由于模糊控制采用模糊推理,模拟人类思维,对难以建立精确数学模型的对象实施控制.模糊控制过程和人们凭经验操作的过程相类似.正是由于模糊控制的突出特点,模糊控制理论在控制领域应用广泛,其特点归纳如下:控制系统的鲁棒性强,对过程参数的变化很不敏感,适应于解决常规控制难以解决的非线性,时变及滞后等问题.另外,对于滞后系统能对纯滞后给予补偿.控制系统不要求知道被控对象的精确数学模型,只需要提供现场操作人员的经验知识及操作数据.这样,对于电液伺服系统这样的一些复杂系统,因难以建立精确数学模型,所以适用于采用模糊控制.控制推理采用”不精确推理”(AppmtcReas0ning1.推理过程模仿人的思维过程.由于介入了人类的经验.因而能够处理复杂甚至“病态”系统.以语言变量代替常规的数学变量,易于形成专家的”知识”.并且控制方法简单.2模糊控制系统模糊控制以现代控制理论为基础,同时与自适应控制技术,人工智能技术,神经网络技术的相结合,在控制领域得到了空前的应用.2.1Fuzzy1-PID复合控制FuzzyPID复合控制是模糊技术与常规PID控制算法相结合,以达到较高的控制精度.当温度偏差较大时采用Fuzzy控制,响应速度快,动态性能好;当温度偏差较小时采用PID控制,使其静态性能好,满足系统控制精度.因此它比单个的模糊控制器和单个的PID调节器均有更好的控制性能.2.2自适应模糊控制这种控制方法具有自适应自学习的能力,能自动地对自适应模糊控制规则进行修改和完善,以提高控制系统的性能.对于那些具有非线性,大时滞,高阶次的复杂系统有着更好的控制性能.2.3参数自整定模糊控制也称为比例因子自整定模糊控制.这种控制方法对环境变化有较强的适应能力,在随机环境中能对控制器进行自动校正,使得被控对象特性变化或扰动情况下控制系统保持较好性能.2.4专家模糊控制EFC(ExpenFuzCont0模糊控制与专家系统技术相结合,进一步提高了模糊控制器智能水平.这种控制方法既保持了基于规则的方法的价值和用模糊集处理带来的灵活性,同时把专家系统技术的表达与利用知识的长处结合起来,能处理更广泛的控制问题.2.5仿人智能模糊控制其特点在于Ic算法具有比例模式和保持模式两种基本模式.这两种特点使得系统对误差绝对值变化时,可使系统处于闭环运行和开环运行两种状态.这样能妥善解决稳定性,准确性,快速性的矛盾,能较好地应用于纯滞后对象.2.6神经模糊控制(NeumFuzzvContro1)这种控制方法以神经网络为基础,利用了模糊逻辑具有较强的结构性知识表达能力,即描述系统定性知识的能力以及神经网络的强大的学习能力与定量数据的直接处理能力.2.7多变量模糊控制这种控制适用于多变量控制系统.一个多变量模糊控制器有多个输入变量和输出变量.3模糊控制的典型应用3.1基于模糊控制的感应电动机恒流软起动运用模糊控制方法,对感应电动机的起动过程采用以晶体闸管为主电路元件,单片机为控制核心.这种方法系统超调量小,响应快,起动过程比较平稳,能较好地解决传统方法和PID控制方法存在的缺点,可以提高整个系统的可靠性.3.2基于模糊控制的节电照明控制系统采用模糊控制的方法设计出一个节电控制器.在初始阶段,以220V电压输出,等目光灯运行稳定后再降到2oov,190V或180V低电压输出.系统通过不断检测在线电压值来获取其与标准电压值的差E,偏差变化CE以及控制量变化u进行模糊化.进而通过查量化因子及比例因子修正表对E和CE进行重新量化.然后查模糊控制规则表,对输出量电压进行处理.实验证明,该节电照明控制系统的节电效率为25%左右.该系统仅具有节电,延长灯泡寿命的功能,而且能使日光灯在电压波动较大范围内稳定运行.3-3基于模糊控制的中央空调房间温度控制系统针对被控对象具有较大的惯性和迟延,传递函数具有非线形和时变性.设计可调整的模糊控制器,硬件选择ST62TOIC单片机,其特点是宽电源电压36V,宽温一40125,低功耗,可直接驱动晶闸管.从而使中央空调更节能,人感觉更舒适.g模糊控制的不足之处(1)模糊控制的设计尚缺乏系统性,这对复杂系统的控制是难以奏效的.所以如何建立一套系统的模糊控制理论,以解决模糊控制的机理,稳定性分析,系统化设计方法等一系列问题;(2)如何获得模糊规则及隶属函数即系统的(下转第162页)一161科技信息职教与成教加工圆锥面两着哪方法昀研穷健雄职业技术学院李昌达摘要圆锥面在机械上的应用非常之多,对应用宏程序编程与工件坐标系旋转加调用子程序编程加工圆锥面有两种方法.本文较系统地讲述了圆锥面两种加工方法的应用及其不同点.关键词】加工中心宏程序子程序不同点圆锥面在机械上的应用非常普遍,在数控铣削(加工中心)加工中,用一般的编程方法编写很难编的出来,甚至无法编出程序.而应用宏程序编程可以很好地解决这一问题,也可以通过工件坐标系旋转与调用子程序相结合编程来解决这一问题.本文以两种不同的编程方法和不同的走刀路径来讲述圆锥面的加工.如下图所示;假设工件中心既为G54原点,顶面为zO,中间已经预先加工了一个圆孔(大tj,ep为锥孔小端直径),第一种方法用宏程序编写以等高方式自下而上逐层爬升加工.每层均在+x处采用I/4圆弧切人进刀和1/4圆弧切出退刀,以顺铣方式(逆时针方向)单向走整圆.第二种方法用工件坐标系旋转与调用子程序相结合的编程方法以在+x处以一条母线为基准线旋转一周的加工方法.但注意无论用哪种方法都需特别注意刀具与工件的干涉,除了确认刀具直径必须小于锥孔底部小端外,还应特别注意刀具伸出的长度必须大于要加工锥孔的深度.一,应用宏程序来编写(等高加工)O0o01#1=25.(小端半径)#2=15.(圆锥高度)#3=1843(内圆锥面与垂直面夹角)#4=0(设为自变量,赋初始值为零)#5=6.(平底立铣刀刀具半径)#17-0.1(等高每次递增量)MO3S2000G54G9OGo0XOY0Z30.N10抽6:社4TAN31#7-#1群5COOX|#71YCO1zI+#41F600GO3#7+#61YOR#5I-f#71F1000XI6-#51Y#5R舟5#4=#4+#17I矸料U1Gr0lOG0oZ50.Mo5M30注意:如果特殊情况下要逆铣,只需把程序中的CO3改为CO2,其余需要修改的部分主要集中在圆弧进刀,退刀动作.如果想自上而下加工只要稍许改动即可.二,工件坐标系旋转与调用子程序相结合编程(斜插式加工)对刀点的确定以直线AB为母线,首先计算出直线AB的A点x,Y坐标值和B点x,Y坐标值.如图所示A点坐标设为(#6,0),B点坐标为(#7,O).O0oO2#1=25.(小端半径)#2=15.(圆锥高度)#3=18.43(内圆锥面与垂直面夹角)料=1.(赋旋转角度初始值)=6.(平底立铣刀刀具半径)搠5=#l+撑2TAN#3-#5#7=#15MO3S2Oo0C.54G90COOX#6Y0Z30.Z2.G0lZ0F600M98PO003L36oG00Z50.M30IXl3G68X0Y0R#4G0lX#6YOF1O00X撑7Z一#2G00ZOG01X#6Y0#4=料+lM99注意:因为第一刀切削量比较多,所以第一刀进给时速度要调慢点.如果想加工的更精确表面更光把角度再调小点,走刀次数再多些,就可以实现了.三,结束语只有理解各个指令的功用,特点及灵活应用,才可以大大提高零件的加工效率和加工精度以及简化编程.程序的编写千差万别,大家可在具体的工作中根据产品的具体要求进择适当的走刀路线这点很重要.参考文献1陈海舟着.数控铣削加工宏程序及应用实例.北京:机械工业出版社.2北京发那科机电有限公司编.FucOiMC操作说明书.北京:北京发那科机电有限公司出版.(t-接第161页)设计办法,这在目前完全凭经验进行;(3)信息简单的模糊处理将导致系统的控制精度降低和动态品质变差.若要提高精度则必然增加量化级数,从而导致规则搜索范围扩大,降低决策速度,甚至不能实时控制;(4)/n何保证模糊控制系统的稳定性即如何解决模糊控制中关于稳定性和鲁棒性问题.5结语模糊控制是解决许多实际复杂建模和控制问题的一种有效方法,在工业控制领域,家用电器自动化领域和其他很多行业中取得了令人瞩目的成果.并且很容易与PID控制,变结构控制,预测控制,最优控制等传统控制方法相结合,发挥各自的优点,使模糊控制的理论和应用取得很大的进展.其简单的形式,丰富的内涵显示了它充分的发展潜力和广阔的应用前景.参考文献一l62一I曹伟.模糊控制理论的发展及应用J.高师理科学刊.2007(3):43-45.2秦绪平,谭国俊.模糊控制理论的发展应用