造纸机模糊控制系统的设计powerpointpres.pptx
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模糊控制课件第三章.ppt
其基本思想：对于训练样本(包括论域内若干 个测量点上的状态数据以及相应隶属于人类 经验的被测量，用自然语言符号描述的状态 符号)，在当前概念模式下，根据最大隶属度 准则判定，若数据状态与概念状态相一致， 则训练结束；若不相符，则将相应概念隶属 函数曲线的修正率加以改变，以实现符合专 家经验的被测量数据状态与符号状态的一致。
If X1 is 大 and X2 is 小 then Y is 中
仿照蕴含式的称谓“X1 is 大 and X2 is 小” 称为控制规则的前件部，“Y is 中”称为控 制规则的后件部。
“大”、“小”、“中”等均是对某一物理 量的模糊化的自然语言描述，但它们均被描 述成一个模糊集合。
模糊控制是一种基于人的思维模式的控制， 因此，在模糊控制规则中出现的模糊集合往 往具有可以用自然语言描述的意义。
用于描述人们控制经验的基本语句结构有 三种形式，它们分别反映了三种基本的推 理。这三种基本结构和形式如下：
这种推理是一种最简单的蕴涵关系，在语
言表达时表示为“如果 A，那么B ”，即
有：if A then B
~
~
② (A B) (AC C)结构
~
~
~
~
这种推理较之前一种复杂，这种蕴涵关系在 用语言表达时叙述为“如果 A，那么B；否则 C ”，即有：
左边最大隶属度法，实质是把几个最大隶属 度中的最小元素作为解模糊的精确值；右边 最大隶属度法，实质是把几个最大隶属度中 的最大元素作为解模糊后的精确值。
3.3.3 系数加权平均法
系数加权平均法是指输出量模糊集合中各元 素进行加权平均后的输出值作为输出执行量， 其值为：
(3.7)
当输出变量为离散单点集时，则为：
3-3模糊控制器设计PPT课件
2021/3/10
5
3.3.2 模糊控制器的基本结构（续）
2．知识库 它通常由数据库和模糊控制规则库两部分组成。
(1)数据库主要包括各语言变量的隶属函数，尺 度变换因子及模糊空间的分级数等。
(2)规则库包括了用模糊语言变量表示的一系列 控制规则。它们反映了控制专家的经验和知识。
3．模糊推理
模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模拟人 的基于模糊概念的推理能力程是基于模糊逻辑 中的蕴含关系及推理规则来进行的。
第3章 模糊控制 （续）
2021/3/10
1
3.3 模 糊 控 制 器 的 结 构 、 原理及设计方法
2021/3/10
2
3.3 模糊控制器的结构、原理及设计方法
要实现一个实际的模糊控制系统，需要解决三个问 题；知识的表示、推理策略和知识获取。
模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊 逻辑推理为基础的一种计算机控制。
3.3.3 模糊控制的基本原理（续-10）
上式中
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19
3.3.3 模糊控制的基本原理（续-11）
上式中
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20
3.3.3 模糊控制的基本原理（续-12）
模糊控制器的输出变量是触发电压u的变化，该电
压直接控制电热炉的供电电压的高低。
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12
3.3.3 模糊控制的基本原理（续-4）
(2)输入变量及输出变量的模糊语言描述
描述输入变量及输出变量的语言值的模糊子集为 {负大，负小，0，正小，正大}
通常采用如下简记形式
NB=负大，NS=负小，O=零，PS=正小，PB=正大。 其中，N=Negative，P=Positive，B=Big，S=Small， O=Zero。
2 模糊控制器设计PPT课件
位置式模糊控制器相当于PD型(比例、微分)控 制器； 而速度型模糊控制器相当于PI型(比例、积分)控 制器。相对于位置型，速度型的模糊控制器设计 容易些。
16.07.2020
智能控制
13
下图是速度型模糊控制器的结构图(采样系统）。
图中
e(k)ry(k)
e(k) e(k) e(k 1 )
u(k)u(k) u(k 1 )
16.07.2020
智能控制
6
图 模糊控制原理框图
16.07.2020
智能控制
7
模糊控制器 （Fuzzy Controller—FC ）也称 为模糊逻辑控制器（Fuzzy Logic Controller—FLC ）,由于所采用的模糊控制规则是由模糊理论中模糊 条件语句来描述的，因此模糊控制器是一种语言型 控 制 器 ， 故 也 称 为 模 糊 语 言 控 制 器 （ Fuzzy Language Controller—FLC）。
16.07.2020
智能控制
12
B 直接型（常规的模糊控制器）
(1) 位置式 （输出不含积分环节）
r i:IF e ( k )iA s ia n e ( k )i d B s iTH u ( k )iE C s i N
是指ri 表示第i 条控制规则。 （2) 速度式（输出含积分环节）
r i:IF e ( k )iA s ia n e ( k )id B s iTH u ( k )E iC s i N
智能控制
25
（1）. 模糊化接口（Fuzzy interface）
模糊控制器的输入必须通过模糊化才能用于控制输出的求解， 因此它实际上是模糊控制器的输入接口。它的主要作用是将 真实的确定量输入转换为一个模糊量。把物理量的清晰值转 换成模糊语言变量的过程叫做清晰量的模糊化。
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智能控制
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下图是速度型模糊控制器的结构图(采样系统）。
图中
e(k)ry(k)
e(k) e(k) e(k 1 )
u(k)u(k) u(k 1 )
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智能控制
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图 模糊控制原理框图
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智能控制
7
模糊控制器 （Fuzzy Controller—FC ）也称 为模糊逻辑控制器（Fuzzy Logic Controller—FLC ）,由于所采用的模糊控制规则是由模糊理论中模糊 条件语句来描述的，因此模糊控制器是一种语言型 控 制 器 ， 故 也 称 为 模 糊 语 言 控 制 器 （ Fuzzy Language Controller—FLC）。
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智能控制
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B 直接型（常规的模糊控制器）
(1) 位置式 （输出不含积分环节）
r i:IF e ( k )iA s ia n e ( k )i d B s iTH u ( k )iE C s i N
是指ri 表示第i 条控制规则。 （2) 速度式（输出含积分环节）
r i:IF e ( k )iA s ia n e ( k )id B s iTH u ( k )E iC s i N
智能控制
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（1）. 模糊化接口（Fuzzy interface）
模糊控制器的输入必须通过模糊化才能用于控制输出的求解， 因此它实际上是模糊控制器的输入接口。它的主要作用是将 真实的确定量输入转换为一个模糊量。把物理量的清晰值转 换成模糊语言变量的过程叫做清晰量的模糊化。
《模糊控制系统》PPT课件
是所期望的。这促使我们研究模糊系统作为万能
函数逼近器并拥有最小系统构成的必要条件，从
而使这些必要条件能用于指导模糊系统开发者设
计更紧凑的模糊控制器和模糊模型
• 必要条件设置了需要的输入模糊集、输出模糊集 和模糊规则，表明了模糊系统需要的输入模糊集
和模糊规则的数目依赖于被逼近函数的极值点的
数目和位置
精选ppt
“Fuzzy Sets”一文，首次提出了模糊集合的概念
• 1974年英国教授Mamdani首次将模糊集合理论应
用于加热器的控制，他将基于规则系统的想法与
模糊参数相结合来构造控制器，模仿人类操作者
的操作经验
• 1985年Takagi和Sugeno提出了另一类具有线性规
则后项的模糊控制器，称之为Takagi-Sugeno
(1988, Japan)
• Postsurgical patients
(1989, USA)
• Auto focus video camera
(1990, Japan)
• Washing machines
(1990, Japan)
• Air conditioners
(1990, Japan)
• Anti-shaking video camera
控制规律
• 各种类型的Mamdani和TS模糊系统在过去几年中
都被证明是万能逼近器，它们能一致逼近定义在
闭定义域D上的任意连续函数到任意高的逼近精
度。这些模糊系统有：加法模糊规则系统、模糊
输入—输出控制器、Sugeno模糊控制器的变型、
非独点模糊逻辑系统、一般Mamdani型模糊系统、
采用线性规则后项的TS型模糊系统、广义模糊系
造纸机模糊控制系统的设计
❖ （1）量化 ❖ 设e和ec分别代表偏差和偏差变化率，其
基本论域为 E[emi,nema]x
EC [em ci,nem ca]x
❖ 将其基本论域量化为
❖ E X { x 1 ,x2, ,xp 1 }
E C Y { y 1 ,y2 , ,yp 2 }
❖ （2）确定模糊子集
❖ 得到量化论域后，对各变量定义模糊子集。 令
X { A i} ( i 1 ,2 , ,n ),Y { B j} (j 1 ,2 , m )
❖ 式中，A i 和 B j分别为X，Y的模糊子集，可 用语言变量PB,PM,…NM,NB等表示。对
各模糊子集确定量化论域中各元素的隶属
函数可得到隶属函数表。
❖ 设 Z 1, Z 2分别为1，2段蒸汽的控制量，相 应的论域为
❖
Z {C } 1
1k1
k11 ,2 , l1
Z {C } 2
2k2
k2 1 ,2 , l2
❖ （3）确定模糊关系与控制输出模糊子集
❖ 根据操作经验，设定一组模糊控制规则为
❖ If Ai and B j then C 1ij and C 2 ij 其模糊关系为
R1 AiBjC1ij
i,j
R2 AiBjC2ij
打浆车间送来的浓纸浆在混合箱与白水混合稀释后形成稀纸浆，经过除砂装置去除浆料中的尘埃和浆团，通过网前箱流布在铜网上。 它包括输入量量化，确定模糊子集和模糊关系矩阵，进行模糊判决，并建立控制输出查询表等内容。
的蒸汽，降低烘缸温度，使水分值升高， 根据操作经验，设定一组模糊控制规则为
设e和ec分别代表偏差和偏差变化率，其基本论域为 1 如果水分低于给定值，就减少进入烘缸的蒸汽，降低烘缸温度，使水分值升高，反之，则增加蒸汽量，使水分值降低。
造纸机模糊控制系统的设计powerpointpres
i, j
当给定x=,Ai y= B j 时，则由模糊合成规则推 理得到
C1ij Ai B j R1 C2ij Ai B j R2
❖ （4）进行模糊判决，并生成控制输出查询 表
模糊控制器的在线实现
❖ 在系统设计时，令
x 6,5, 5,6, x X
y 6,5, 5,6, y Y
造纸机模糊控制系统的设计
工艺介绍
❖ 打浆车间送来的浓纸浆在混合箱与白水混 合稀释后形成稀纸浆，经过除砂装置去除 浆料中的尘埃和浆团，通过网前箱流布在 铜网上。纸浆在铜网上经自然滤水，形成 湿纸页，经压榨部脱水后，连续经过两组 烘缸干燥，最后经压光作为成品纸，上卷 筒卷取，其工艺流程图如下所示
❖ 造纸机工艺流程图
❖ 成纸水分含量是纸业最重要的质量指标之一。水 分过高，会导致出现气泡，水斑等纸病,而过低 则会导致纸页发脆，易断，同时还会多用蒸汽， 使耗能增加
❖ 在长达数十米的纸机流程中，影响成纸水分的因 素很多，其中最主要的是湿纸页在烘干的热传递 情况和成纸定量水分的耦合。由于蒸汽压力时可 测的，一般将它视为纸水分的控制变量。
ZO
0.1 0.6 1.0 0.6 0.1
NS
0.1 0.5 1.0 0.8 0.3
NM 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2
NB 1.0 0.8 0.4 0.1
❖ 并根据给出的合成推理规则进行推理运算， 最后又最大隶属度函数判决原则，可得到 供模糊控制器动态控制时控制表如下表所 示
❖ 这是假设只有2段蒸汽的情况下得到的，要 将它用于有两段蒸汽的情况，必须经过变 换。取
1
4 4 4 3 -1 0 -1 -4 -4 -6 -6 -6 -6
2
4 4 4 2 0 0 -1 -4 -4 -6 -6 -6 -6
当给定x=,Ai y= B j 时，则由模糊合成规则推 理得到
C1ij Ai B j R1 C2ij Ai B j R2
❖ （4）进行模糊判决，并生成控制输出查询 表
模糊控制器的在线实现
❖ 在系统设计时，令
x 6,5, 5,6, x X
y 6,5, 5,6, y Y
造纸机模糊控制系统的设计
工艺介绍
❖ 打浆车间送来的浓纸浆在混合箱与白水混 合稀释后形成稀纸浆，经过除砂装置去除 浆料中的尘埃和浆团，通过网前箱流布在 铜网上。纸浆在铜网上经自然滤水，形成 湿纸页，经压榨部脱水后，连续经过两组 烘缸干燥，最后经压光作为成品纸，上卷 筒卷取，其工艺流程图如下所示
❖ 造纸机工艺流程图
❖ 成纸水分含量是纸业最重要的质量指标之一。水 分过高，会导致出现气泡，水斑等纸病,而过低 则会导致纸页发脆，易断，同时还会多用蒸汽， 使耗能增加
❖ 在长达数十米的纸机流程中，影响成纸水分的因 素很多，其中最主要的是湿纸页在烘干的热传递 情况和成纸定量水分的耦合。由于蒸汽压力时可 测的，一般将它视为纸水分的控制变量。
ZO
0.1 0.6 1.0 0.6 0.1
NS
0.1 0.5 1.0 0.8 0.3
NM 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2
NB 1.0 0.8 0.4 0.1
❖ 并根据给出的合成推理规则进行推理运算， 最后又最大隶属度函数判决原则，可得到 供模糊控制器动态控制时控制表如下表所 示
❖ 这是假设只有2段蒸汽的情况下得到的，要 将它用于有两段蒸汽的情况，必须经过变 换。取
1
4 4 4 3 -1 0 -1 -4 -4 -6 -6 -6 -6
2
4 4 4 2 0 0 -1 -4 -4 -6 -6 -6 -6
模糊控制系统设计PPT课件
A { u 1 ,A ( u 1 ) , u 2 ,A ( u 2 ) , L , u n ,A ( u n ) }
上述“圆块”A的序偶表示为
A { a , 1 , b , 0 . 9 , c , 0 . 4 , d , 0 . 2 , e , 0 }
第9章 模糊控制系统设计
模糊矩阵，μR的取值区间为[0,1]，rij的值也都在[0,1]区间。
当m=n时，称R为n阶模糊方阵；当rij全为0时，称R为零
矩阵，记为0；当rij全为1时，称R为全矩阵，记为E；
当rij只在{0，1}中取值时，称R为布尔矩阵，它对应一个 普通关系。
第9章 模糊控制系统设计
(2) 模糊矩阵的运算 由于模糊矩阵本身是表示一个模糊关系子集，因此根据 模糊集的交、并、补运算定义，模糊矩阵也可做相应的 运算。对于任意两个模糊矩阵R=(rij)m×n，Q=(qij)m×n，则 模糊矩阵的交、并、补运算为
A10.90.40.20 ab c de
第9章 模糊控制系统设计
d
c
U
e
图9.1 论域U中的元素
第9章 模糊控制系统设计
(2) 矢量表示法 如果单独地将论域U中的元素ui（i=1，2，…，n）所对应 的隶属度值µA(ui) 按序写成矢量形式来表示模糊子集A， 则
A (A (u 1 ),A (u 2 ),L ,A (u n ))
1．模糊关系 描述元素之间是否相关的数学模型称为关系，描述元素 之间相关的程度的数学模型称为模糊关系。为了区别于 模糊关系，又称关系为普通关系。显然，模糊关系是普 通关系的拓广和发展，而普通关系可视为模糊关系的特 例，模糊关系是模糊数学的重要组成部分。当论域有限 时，可用模糊矩阵表示模糊关系。模糊矩阵成为模糊关 系的主要运算工具。
上述“圆块”A的序偶表示为
A { a , 1 , b , 0 . 9 , c , 0 . 4 , d , 0 . 2 , e , 0 }
第9章 模糊控制系统设计
模糊矩阵，μR的取值区间为[0,1]，rij的值也都在[0,1]区间。
当m=n时，称R为n阶模糊方阵；当rij全为0时，称R为零
矩阵，记为0；当rij全为1时，称R为全矩阵，记为E；
当rij只在{0，1}中取值时，称R为布尔矩阵，它对应一个 普通关系。
第9章 模糊控制系统设计
(2) 模糊矩阵的运算 由于模糊矩阵本身是表示一个模糊关系子集，因此根据 模糊集的交、并、补运算定义，模糊矩阵也可做相应的 运算。对于任意两个模糊矩阵R=(rij)m×n，Q=(qij)m×n，则 模糊矩阵的交、并、补运算为
A10.90.40.20 ab c de
第9章 模糊控制系统设计
d
c
U
e
图9.1 论域U中的元素
第9章 模糊控制系统设计
(2) 矢量表示法 如果单独地将论域U中的元素ui（i=1，2，…，n）所对应 的隶属度值µA(ui) 按序写成矢量形式来表示模糊子集A， 则
A (A (u 1 ),A (u 2 ),L ,A (u n ))
1．模糊关系 描述元素之间是否相关的数学模型称为关系，描述元素 之间相关的程度的数学模型称为模糊关系。为了区别于 模糊关系，又称关系为普通关系。显然，模糊关系是普 通关系的拓广和发展，而普通关系可视为模糊关系的特 例，模糊关系是模糊数学的重要组成部分。当论域有限 时，可用模糊矩阵表示模糊关系。模糊矩阵成为模糊关 系的主要运算工具。
模煳控制课件第四章 模糊控制器设计.ppt
完成这部分功能的模块就称作解模糊接口， 它的主要功能包括：
1)比例映射
比例映射将输出变量的量值从内部论域转 化成相应的实际论域。
2)解模糊
解模糊的主要功能是把经模糊推理所得到 的模糊控制量转化为精确的控制作用，解 模糊可以看作是模糊化的反过程，它从模 糊推理结果中产生数值，作为模糊控制器 的输出。
模糊控制器的设计主要考虑以下几项主要 内容：
① 确定模糊控制器的输入变量和输出变量 (即控制量)；
② 设计模糊控制器的控制规则；
③ 确立模糊化和解模糊的方法；
④ 选择模糊控制器的输入变量及输出变量的 论域，并确定模糊控制器的参数(如量化 因子、比例因子等)；
⑤ 编制模糊控制算法的应用程序。
4.1 模糊控制器的基本结构及主要类 型
3. 变结构模糊控制器
变结构模糊控制器是多个模糊控制器的软组合， 即集成多个简单模糊控制器软件，其参数和控 制规则各不相同，软件开关根据系统偏差情况 接通不同的模糊控制器，每个都针对系统不同 状态，在相应状态下发挥良好控制效果。
变结构模糊控制器将控制系统各个阶段的控制 作用综合在一起。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4. 模糊PID控制器
模糊控制技术
第4章 模糊控制器设计
模糊控制器时模糊控制系统的核心，是模 糊控制系统控制品质的主要保证。因此设 计和调整模糊控制器的工作在模糊控制系 统中是很重要的。
模糊控制并不需要精确的数学模型去描述 系统的动态过程，因此它的设计方法与常 规控制器的设计方法不同。
模糊控制器的设计一般是现在经验的基础 上确定各个相关参数及其控制规则，然后 在运行中反复调整，达到最佳控制效果。
除了上述主要模块外，模糊控制器从完整 和全面的角度出发，有时还包括以下几个 模块：
1)比例映射
比例映射将输出变量的量值从内部论域转 化成相应的实际论域。
2)解模糊
解模糊的主要功能是把经模糊推理所得到 的模糊控制量转化为精确的控制作用，解 模糊可以看作是模糊化的反过程，它从模 糊推理结果中产生数值，作为模糊控制器 的输出。
模糊控制器的设计主要考虑以下几项主要 内容：
① 确定模糊控制器的输入变量和输出变量 (即控制量)；
② 设计模糊控制器的控制规则；
③ 确立模糊化和解模糊的方法；
④ 选择模糊控制器的输入变量及输出变量的 论域，并确定模糊控制器的参数(如量化 因子、比例因子等)；
⑤ 编制模糊控制算法的应用程序。
4.1 模糊控制器的基本结构及主要类 型
3. 变结构模糊控制器
变结构模糊控制器是多个模糊控制器的软组合， 即集成多个简单模糊控制器软件，其参数和控 制规则各不相同，软件开关根据系统偏差情况 接通不同的模糊控制器，每个都针对系统不同 状态，在相应状态下发挥良好控制效果。
变结构模糊控制器将控制系统各个阶段的控制 作用综合在一起。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4. 模糊PID控制器
模糊控制技术
第4章 模糊控制器设计
模糊控制器时模糊控制系统的核心，是模 糊控制系统控制品质的主要保证。因此设 计和调整模糊控制器的工作在模糊控制系 统中是很重要的。
模糊控制并不需要精确的数学模型去描述 系统的动态过程，因此它的设计方法与常 规控制器的设计方法不同。
模糊控制器的设计一般是现在经验的基础 上确定各个相关参数及其控制规则，然后 在运行中反复调整，达到最佳控制效果。
除了上述主要模块外，模糊控制器从完整 和全面的角度出发，有时还包括以下几个 模块：
模糊控制原理课件 PPT
根据学习算法获取控制规则。应用自适应学习算法（神经 网络等）对控制过程的样本数据进行分析和聚类，生成和在 线优化较完善的控制规则。
3.1 模糊控制的基本原理
规则库
规则库的基本要求
规则数量合理 控制规则的增加可以增加控制的精度，但是会影响系统的实时 性；控制规则数量的减少会提高系统的运行速度，但是控制的 精度又会下降。所以，需要在控制精度和实时性之间进行权衡
模糊控制规则的生成方法归纳起来主要有以下几种：
根据专家经验或过程控制知识生成控制规则。这种方法通 过对控制专家的经验进行总结描述来生成特定领域的控制规 则原型，经过反复的实验和修正形成最终的规则库。
根据过程的模糊模型生成控制规则。这种方法通过用模糊 语言描述被控过程的输入输出关系来得到过程的模糊模型， 进而根据这种关系来得到控制器的控制规则。
模糊控制原理
孙健
第三章 模糊控制原理
模糊控制的基本原理 模糊控制系统的分类 模糊控制器设计 模糊控制的应用
第三章 模糊控制原理
3.1 模糊控制的基本原理
3.1.1 模糊基本思想
模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础 的一种智能控制方法，它是从行为上模仿人的模糊推理和决策过 程的一种智能控制方法。
反模糊化 u D/A
电磁阀
热水器水温模糊控制系统结构
3.1 模糊控制的基本原理
模糊控制原理框图
3.1 模糊控制的基本原理
3.1.2 模糊控制器的基本结构
模糊化 知识库 模糊推理 反模糊化
过过过
+ -
精
模
确 值
过
糊 值
过
过
过过过过
模 糊
过
精 确
值过 值
3.1 模糊控制的基本原理
规则库
规则库的基本要求
规则数量合理 控制规则的增加可以增加控制的精度，但是会影响系统的实时 性；控制规则数量的减少会提高系统的运行速度，但是控制的 精度又会下降。所以，需要在控制精度和实时性之间进行权衡
模糊控制规则的生成方法归纳起来主要有以下几种：
根据专家经验或过程控制知识生成控制规则。这种方法通 过对控制专家的经验进行总结描述来生成特定领域的控制规 则原型，经过反复的实验和修正形成最终的规则库。
根据过程的模糊模型生成控制规则。这种方法通过用模糊 语言描述被控过程的输入输出关系来得到过程的模糊模型， 进而根据这种关系来得到控制器的控制规则。
模糊控制原理
孙健
第三章 模糊控制原理
模糊控制的基本原理 模糊控制系统的分类 模糊控制器设计 模糊控制的应用
第三章 模糊控制原理
3.1 模糊控制的基本原理
3.1.1 模糊基本思想
模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础 的一种智能控制方法，它是从行为上模仿人的模糊推理和决策过 程的一种智能控制方法。
反模糊化 u D/A
电磁阀
热水器水温模糊控制系统结构
3.1 模糊控制的基本原理
模糊控制原理框图
3.1 模糊控制的基本原理
3.1.2 模糊控制器的基本结构
模糊化 知识库 模糊推理 反模糊化
过过过
+ -
精
模
确 值
过
糊 值
过
过
过过过过
模 糊
过
精 确
值过 值
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❖ 由此查询模糊控制表
根据离线计算好的模糊控制表可得到控制输出量 u,再乘以相应量化因子即可得到当前控制量的实 际值
其控制流程图如下所示
流程图
e , e c
e , e c 是 否 越 限 ？
u
Matlab仿真结果如下：
❖ 1：仿真结构图
❖ 2：仿真结果图
结论
在此，我们取一个近似的对象传递函数进行仿真，由结果 可以看出模糊控制上升时间较短，没有超调，而且积分部 分有效地消除了系统偏差，拥有较好的控制性能。
1
4 4 4 3 -1 0 -1 -4 -4 -6 -6 -6 -6
2
4 4 4 2 0 0 -1 -4 -4 -6 -6 -6 -6
3
2 2 2 0 0 0 -1 -3 -3 -6 -6 -6 -6
4
0 0 0 -1 -1 -3 -4 -4 -4 -6 -6 -7 -7
5
0 0 0 -1 -1 -2 -4 -4 -4 -6 -6 -7 -7
❖ 烘干部有3组共20多只直径1m左右的烘缸，要以 定量关系式准确地描述纸页在烘干过程中的机理 是十分困难的，因此，采用模糊控制器控制成纸 水分较为合适可行
❖ 模糊控制器的设计
❖ 模糊控制器的设计通常可分为离线设计和 在线设计，离线设计就是根据操作人员的 先验知识，确定模糊控制规则到生成模糊 控制查询表的完整过程。它包括输入量量 化，确定模糊子集和模糊关系矩阵，进行 模糊判决，并建立控制输出查询表等内容。
ZO
0.1 0.6 1.0 0.6 0.1
NS
0.1 0.5 1.0 0.8 0.3
NM 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2
NB 1.0 0.8 0.4 0.1
❖ 并根据给出的合成推理规则进行推理运算， 最后又最大隶属度函数判决原则，可得到 供模糊控制器动态控制时控制表如下表所 示
❖ 这是假设只有2段蒸汽的情况下得到的，要 将它用于有两段蒸汽的情况，必须经过变 换。取
z1 4,3, 3,4, z1 Z1
z2 7,6, 6,7, z2 Z2
xi 对 Ai 的隶属度函数
Ai x -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
PB
0.1 0.4 0.8 1.0
PM
0.2 0.7 1.0 0.2
PS
0.3 0.8 1.0 0.5 0.1
1 0.5, 21 0.7, 22 0.8
❖则
z1
1
z
2
z2
21
z
2
z2
22
z
2
z
2
0
z
2
0
模糊控制表
z2i xi -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
yi
-6
7 7 6 6 4 4 42 1 1 0 0 0
-5
7 7 6 6 4 4 42 1 1 0 0 0
造纸机模糊控制系统的设计
工艺介绍
❖ 打浆车间送来的浓纸浆在混合箱与白水混 合稀释后形成稀纸浆，经过除砂装置去除 浆料中的尘埃和浆团，通过网前箱流布在 铜网上。纸浆在铜网上经自然滤水，形成 湿纸页，经压榨部脱水后，连续经过两组 烘缸干燥，最后经压光作为成品纸，上卷 筒卷取，其工艺流程图如下所示
❖ 造纸机工艺流程图
6
0 0 0 -1 -1 -1 -4 -4 -4 -6 -6 -7 -7
❖ 在小偏差时，为消除余差，应考虑积分作 用。整个成纸水分模糊控制系统结构如下 图所示
❖ 硬件实现
❖ 其实现有多种形式，在此我们仅讨论模糊控制如 何在PLC上实现的
❖ 首先将求得的量化因子，比例因子等参数置入 PLC中，
❖ 采集到的变量误差e误差变化率ec置入数据存储 区,先经过限辐处理,再按给定量化因子量化,并对 应到模糊集论域中的相应元素,
❖ 关于成纸水分控制的先验知识可定性归纳 为：
❖ 1 如果水分低于给定值，就减少进入烘缸 的蒸汽，降低烘缸温度，使水分值升高， 反之，则增加蒸汽量，使水分值降低。
❖ 2 如果水分偏离给定值较小，只需调节2段 蒸汽量，但在偏离较大时应同时调节1,2两 段的蒸汽量
❖ 3 由于烘缸升温快而降温较慢，故在调节 时关汽应快些
1k1
k1 1,2,l1
Z {C } 2
2k2
k2 1,2,l2
❖ （3）确定模糊关系与控制输出模糊子集
❖ 根据操作经验，设定一组模糊控制规则为
❖ If Ai and B j then C1ij and C2ij其模糊关系为
R1 Ai B j C1ij
i, j
R2 Ai B j C2ij
i, j
当给定x=,Ai y= B j 时，则由模糊合成规则推 理得到
C1ij Ai B j R1 C2ij Ai B j R2
❖ （4）进行模糊判决，并生成控制输出查询 表
模糊控制器的在线实现
❖ 在系统设计时，令
x 6,5, 5,6, x X
y 6,5, 5,6, y Y
❖ （1）量化 ❖ 设e和ec分别代表偏差和偏差变化率，其
基本论域为 E [emin , emax ]
EC [ecmin , ecmax ]
❖ 将其基本论域量化为
❖ E X {x1, x2 ,, xp1}
EC Y {y1, y2 ,, yp2}
❖ （2）确定模糊子集
❖ 得到量化论域后，对各变量定义模糊子集。 令
❖ 成纸水分含量是纸业最重要的质量指标之一。水 分过高，会导致出现气泡，水斑等纸病,而过低 则会导致纸页发脆，易断，同时还会多用蒸汽， 使耗能增加
❖ 在长达数十米的纸机流程中，影响成纸水分的因 素很多，其中最主要的是湿纸页在烘干的热传递 情况和成纸定量水分的耦合。由于蒸汽压力时可 测的，一般将它视为纸水分的控制变量。
X {Ai }(i1,2,,n) ,Y {B j }( j1,2,m)
❖ 式中，Ai 和 B j分别为X，Y的模糊子集，可 用语言变量PB,PM,…NM,NB等表示。对
各模糊子集确定量化论域中各元素的隶属
函数可得到隶属函数表。
❖ 设 Z1, Z2分别为1，2段蒸汽的控制量，相 应的论域为
❖
Z {C } 1
-4
7 7 6 6 4 4 42 2 1 1 0 0
-3
6 6 6 6 5 5 5 2 2 0 -2 -2 -2
-2
6 6 6 6 4 4 1 0 0 -3 -4 -4 -4
-1
6 6 6 6 4 4 1 0 -3 -3 -4 -4 -4
0
6 6 6 6 4 1 0 -1 -4 -6 -6 -6 -6
根据离线计算好的模糊控制表可得到控制输出量 u,再乘以相应量化因子即可得到当前控制量的实 际值
其控制流程图如下所示
流程图
e , e c
e , e c 是 否 越 限 ？
u
Matlab仿真结果如下：
❖ 1：仿真结构图
❖ 2：仿真结果图
结论
在此，我们取一个近似的对象传递函数进行仿真，由结果 可以看出模糊控制上升时间较短，没有超调，而且积分部 分有效地消除了系统偏差，拥有较好的控制性能。
1
4 4 4 3 -1 0 -1 -4 -4 -6 -6 -6 -6
2
4 4 4 2 0 0 -1 -4 -4 -6 -6 -6 -6
3
2 2 2 0 0 0 -1 -3 -3 -6 -6 -6 -6
4
0 0 0 -1 -1 -3 -4 -4 -4 -6 -6 -7 -7
5
0 0 0 -1 -1 -2 -4 -4 -4 -6 -6 -7 -7
❖ 烘干部有3组共20多只直径1m左右的烘缸，要以 定量关系式准确地描述纸页在烘干过程中的机理 是十分困难的，因此，采用模糊控制器控制成纸 水分较为合适可行
❖ 模糊控制器的设计
❖ 模糊控制器的设计通常可分为离线设计和 在线设计，离线设计就是根据操作人员的 先验知识，确定模糊控制规则到生成模糊 控制查询表的完整过程。它包括输入量量 化，确定模糊子集和模糊关系矩阵，进行 模糊判决，并建立控制输出查询表等内容。
ZO
0.1 0.6 1.0 0.6 0.1
NS
0.1 0.5 1.0 0.8 0.3
NM 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2
NB 1.0 0.8 0.4 0.1
❖ 并根据给出的合成推理规则进行推理运算， 最后又最大隶属度函数判决原则，可得到 供模糊控制器动态控制时控制表如下表所 示
❖ 这是假设只有2段蒸汽的情况下得到的，要 将它用于有两段蒸汽的情况，必须经过变 换。取
z1 4,3, 3,4, z1 Z1
z2 7,6, 6,7, z2 Z2
xi 对 Ai 的隶属度函数
Ai x -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
PB
0.1 0.4 0.8 1.0
PM
0.2 0.7 1.0 0.2
PS
0.3 0.8 1.0 0.5 0.1
1 0.5, 21 0.7, 22 0.8
❖则
z1
1
z
2
z2
21
z
2
z2
22
z
2
z
2
0
z
2
0
模糊控制表
z2i xi -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6
yi
-6
7 7 6 6 4 4 42 1 1 0 0 0
-5
7 7 6 6 4 4 42 1 1 0 0 0
造纸机模糊控制系统的设计
工艺介绍
❖ 打浆车间送来的浓纸浆在混合箱与白水混 合稀释后形成稀纸浆，经过除砂装置去除 浆料中的尘埃和浆团，通过网前箱流布在 铜网上。纸浆在铜网上经自然滤水，形成 湿纸页，经压榨部脱水后，连续经过两组 烘缸干燥，最后经压光作为成品纸，上卷 筒卷取，其工艺流程图如下所示
❖ 造纸机工艺流程图
6
0 0 0 -1 -1 -1 -4 -4 -4 -6 -6 -7 -7
❖ 在小偏差时，为消除余差，应考虑积分作 用。整个成纸水分模糊控制系统结构如下 图所示
❖ 硬件实现
❖ 其实现有多种形式，在此我们仅讨论模糊控制如 何在PLC上实现的
❖ 首先将求得的量化因子，比例因子等参数置入 PLC中，
❖ 采集到的变量误差e误差变化率ec置入数据存储 区,先经过限辐处理,再按给定量化因子量化,并对 应到模糊集论域中的相应元素,
❖ 关于成纸水分控制的先验知识可定性归纳 为：
❖ 1 如果水分低于给定值，就减少进入烘缸 的蒸汽，降低烘缸温度，使水分值升高， 反之，则增加蒸汽量，使水分值降低。
❖ 2 如果水分偏离给定值较小，只需调节2段 蒸汽量，但在偏离较大时应同时调节1,2两 段的蒸汽量
❖ 3 由于烘缸升温快而降温较慢，故在调节 时关汽应快些
1k1
k1 1,2,l1
Z {C } 2
2k2
k2 1,2,l2
❖ （3）确定模糊关系与控制输出模糊子集
❖ 根据操作经验，设定一组模糊控制规则为
❖ If Ai and B j then C1ij and C2ij其模糊关系为
R1 Ai B j C1ij
i, j
R2 Ai B j C2ij
i, j
当给定x=,Ai y= B j 时，则由模糊合成规则推 理得到
C1ij Ai B j R1 C2ij Ai B j R2
❖ （4）进行模糊判决，并生成控制输出查询 表
模糊控制器的在线实现
❖ 在系统设计时，令
x 6,5, 5,6, x X
y 6,5, 5,6, y Y
❖ （1）量化 ❖ 设e和ec分别代表偏差和偏差变化率，其
基本论域为 E [emin , emax ]
EC [ecmin , ecmax ]
❖ 将其基本论域量化为
❖ E X {x1, x2 ,, xp1}
EC Y {y1, y2 ,, yp2}
❖ （2）确定模糊子集
❖ 得到量化论域后，对各变量定义模糊子集。 令
❖ 成纸水分含量是纸业最重要的质量指标之一。水 分过高，会导致出现气泡，水斑等纸病,而过低 则会导致纸页发脆，易断，同时还会多用蒸汽， 使耗能增加
❖ 在长达数十米的纸机流程中，影响成纸水分的因 素很多，其中最主要的是湿纸页在烘干的热传递 情况和成纸定量水分的耦合。由于蒸汽压力时可 测的，一般将它视为纸水分的控制变量。
X {Ai }(i1,2,,n) ,Y {B j }( j1,2,m)
❖ 式中，Ai 和 B j分别为X，Y的模糊子集，可 用语言变量PB,PM,…NM,NB等表示。对
各模糊子集确定量化论域中各元素的隶属
函数可得到隶属函数表。
❖ 设 Z1, Z2分别为1，2段蒸汽的控制量，相 应的论域为
❖
Z {C } 1
-4
7 7 6 6 4 4 42 2 1 1 0 0
-3
6 6 6 6 5 5 5 2 2 0 -2 -2 -2
-2
6 6 6 6 4 4 1 0 0 -3 -4 -4 -4
-1
6 6 6 6 4 4 1 0 -3 -3 -4 -4 -4
0
6 6 6 6 4 1 0 -1 -4 -6 -6 -6 -6