[發明專利]基于高精度模糊控制的礦熱爐電極自動控制方法

有效

• 申請號: 201310557952.9
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103808159A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 曹暉;張士良;雷萬鈞;張彥斌;賈立新
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F27D19/00
• 分類號: F27D19/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種基于高精度模糊控制的礦熱爐電極自動控制方法，其特征在于：

根據電極電流偏差e_i、電極電流偏差的變化率Δe_i、電極插入爐料中的深度d_t和電極插入爐料中深度的變化率Δd_t，采用模糊控制器對礦熱爐電極位置的變化量m_t進行調節，其中模糊控制器的隸屬度函數和模糊控制規則是根據專家經驗獲得，控制器的輸出是根據模糊近鄰距離加權插值計算得到；電極電流偏差e_i、電極電流偏差的變化率Δe_i、電極插入爐料中的深度d_t、電極插入爐料中深度的變化率Δd_t和電極位置的變化量m_t的對應的語言變量分別為E_i、ΔE_i、D_t、ΔD_t和M_t；E_i、ΔE_i、ΔD_t和M_t的論域均為[-10,-8,-6,-4,-2,0,2,4,6,8,10]，語言值則均選擇[N，ZO，P]，分別代表負、零、正；D_t的論域為[0,2,4,6,8,10]，語言值則選擇[ZO，PS，PB]，分別代表零、正小、正大；根據專家的知識和技術人員的經驗建立相應的隸屬度賦值表，如表1～5所示：

表1E_i隸屬度賦值表

?-10-8-6-4-20246810N10.70.50.30000000ZO0000.60.810.80.6000P00000000.30.60.81

表2ΔE_i隸屬度賦值表

?-10-8-6-4-20246810N10.70.50.30000000ZO0000.60.810.80.6000

P00000000.30.60.81

表3D_t隸屬度賦值表

?0246810ZO10.80000PS00.60.810.40PB000.20.60.71

表4ΔD_t隸屬度賦值表

?-10-8-6-4-20246810N10.70.50.40000000ZO0000.50.710.70.5000P00000000.40.50.71

表5M_t隸屬度賦值表

?-10-8-6-4-20246810N10.80.60.40000000ZO0000.60.810.80.6000P00000000.40.60.81

根據專家知識和經驗可得到一系列形如“IF…THEN…”模糊控制規則，因為4個輸入變量的語言值均為3個，則模糊控制規則的總數量為81條，如表6所示：

表6模糊控制規則

根據以上的隸屬度賦值表和模糊控制規則，則完成了模糊控制器構建，采用模糊近鄰距離加權插值算法得到最終的控制輸出，具體如下：

將電極電流偏差e_i、電極電流偏差的變化率Δe_i、電極插入爐料中的深度d_t和電極插入爐料中深度的變化率Δd_t的測量值分別變換到各自對應的論域上得到x₁、x₂、x₃、x₄，則此時模糊控制器輸入量為{x₁，x₂，x₃，x₄}，接著根據該輸入量滿足以下所述條件（1）或條件（2）的不同情況，得到實際控制輸出；

條件（1）：若x₁=[x₁]且x₂=[x₂]且x₃=[x₃]且x₄=[x₄]（[·]為取整算子），則可直接利用上述表1～表6隸屬度賦值表和模糊控制規則，采用最大-最小推理方法以及最大隸屬度的去模糊化過程得到控制輸出的語言值等級，再將該等級值乘以電極位置的變化量m_t的量程，得到實際控制輸出u；

條件（2）：若x₁≠[x₁]或x₂≠[x₂]或x₃≠[x₃]或x₄≠[x₄]（[·]為取整算子），則定義8個近鄰變量A₀、A₁、B₀、B₁、C₀、C₁、D₀、D₁，且令A₀=[x₁]，A₁=[x₁]+1，B₀=[x₂]，B₁=[x₂]+1，C₀=[x₃]，C₁=[x₃]+1，D₀=[x₄]，D₁=[x₄]+1，這樣模糊控制器輸入{x₁，x₂，x₃，x₄}在模糊規則前件空間中的模糊近鄰點共有16個，即P₀₀₀₀={A₀，B₀，C₀，D₀}、P₀₀₀₁={A₀，B₀，C₀，D₁}、P₀₀₁₀={A₀，B₀，C₁，D₀}、P₀₀₁₁={A₀，B₀，C₁，D₁}、P₀₁₀₀={A₀，B₁，C₀，D₀}、P₀₁₀₁={A₀，B₁，C₀，D₁}、P₀₁₁₀={A₀，B₁，C₁，D₀}、P₀₁₁₁={A₀，B₁，C₁，D₁}、P₁₀₀₀={A₁，B₀，C₀，D₀}、P₁₀₀₁={A₁，B₀，C₀，D₁}、P₁₀₁₀={A₁，B₀，C₁，D₀}、P₁₀₁₁={A₁，B₀，C₁，D₁}、P₁₁₀₀={A₁，B₁，C₀，D₀}、P₁₁₀₁={A₁，B₁，C₀，D₁}、P₁₁₁₀={A₁，B₁，C₁，D₀}、P₁₁₁₁={A₁，B₁，C₁，D₁}，這16個模糊近鄰點P_ijkq，i∈{0,1}，j∈{0,1}，k∈{0,1}，q∈{0,1}，分別利用上述表1～表6隸屬度賦值表和模糊控制規則，采用最大-最小推理方法以及最大隸屬度的去模糊化過程得到這16個模糊近鄰點P_ijkq各自對應的控制輸出的語言值等級，再將等級值乘以電極位置的變化量m_t量程可得到這16個模糊近鄰點P_ijkq各自對應的控制輸出m_ijkq，i∈{0,1}，j∈{0,1}，k∈{0,1}，q∈{0,1}，接著計算這16個模糊近鄰點和P_ijkq模糊控制器輸入{x₁，x₂，x₃，x₄}之間的改進Logistic距離，d_ijkq，i∈{0,1}，j∈{0,1}，k∈{0,1}，q∈{0,1}，具體計算公式如下：

dijkq=1(x1-Ai)2+(x2-Aj)2+(x3-Ak)2+(x4-Aq)21+exp[-8(1(x1-Ai)2+(x2-Aj)2+(x3-Ak)2+(x4-Aq)2-1)]]]>

其中：A_i、A_j、A_k和A_q是近鄰變量，且i∈{0,1}，j∈{0,1}，k∈{0,1}，q∈{0,1}。

接著計算出這16個模糊近鄰點各自對應的權重w_ijkq，i∈{0,1}，j∈{0,1}，k∈{0,1}，q∈{0,1}，具體計算公式如下：

wijkq=dijkqΣi=01Σj=01Σk=01Σq=01dijkq]]>

最后計算出實際控制輸出u，具體計算公式如下：

u=Σi=01Σj=01Σk=01Σq=01wijkq·mijkq]]>

根據上述條件（1）或條件（2）得到實際控制輸出u后，輸出給對應的執行機構來調整電極的升降。