[發(fā)明專利]一種基于數(shù)學(xué)模型的過程模糊控制器系統(tǒng)與編程設(shè)計方法

在審

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• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN103941590A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧萬銀
• 申請（專利權(quán)）人: 盧萬銀
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生產(chǎn)設(shè)備控制裝置的模擬量控制技術(shù)領(lǐng)域，具體的說涉及一種基于數(shù)學(xué)模型的過程模糊控制器系統(tǒng)與編程設(shè)計方法。

背景技術(shù)

目前，我國現(xiàn)有過程控制裝置主要采用傳統(tǒng)的PID(比例、積分、微分)調(diào)節(jié)，其產(chǎn)品主要有兩種形式，一種是固定程序調(diào)節(jié)器，另一種是可編程調(diào)節(jié)器，當(dāng)系統(tǒng)模型比較明確時，合理的參數(shù)就可以達到比較滿意的控制效果；當(dāng)系統(tǒng)模型不明確時，PID參數(shù)設(shè)定很困難，嚴重影響著企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量與產(chǎn)品質(zhì)量，導(dǎo)致產(chǎn)品成本增加，降低企業(yè)效益。

模糊控制技術(shù)在現(xiàn)代控制中得到廣泛的應(yīng)用，在過程控制中其控制效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)控制，現(xiàn)有模糊控制技術(shù)主要是基于計算機系統(tǒng)、高端芯片構(gòu)建的儀表儀器以及專業(yè)模糊控制芯片等場合的應(yīng)用；由于過程模糊控制器的設(shè)計與應(yīng)用涉及復(fù)雜的模糊推理運算，導(dǎo)致其實際應(yīng)用難度很大；如此復(fù)雜運算過程對于采用MCS51、MCS96等微處理器的過程控制器是無法實現(xiàn)的，對于具有模擬量調(diào)節(jié)功能的可編程控制器PLC來說其實現(xiàn)難度和編程量也很大，其掃描周期長導(dǎo)致實時控制效果差。

本專利通過利用模糊控制仿真數(shù)據(jù)對過程模糊控制器的辨識，建立過程模糊控制器數(shù)學(xué)模型，編制相應(yīng)程序移植過程控制器中，從而在不增加控制芯片成本的基礎(chǔ)上實現(xiàn)控制系統(tǒng)的模糊控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于數(shù)學(xué)模型的過程模糊控制器系統(tǒng)與編程設(shè)計方法，通過對現(xiàn)有控制裝置控制方法的分析，提出控制裝置基于數(shù)學(xué)模型等等模糊控制過程控制方法，提高控制裝置的控制效果，進而提高產(chǎn)品產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)效益。

為了背景技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于數(shù)學(xué)模型的過程模糊控制器系統(tǒng)，包括上位機、通訊模塊、過程模糊控制器、控制裝置、程序編制模塊、程序調(diào)試模塊、控制指標性能分析模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，所述的上位機與過程模糊控制器通過通訊模塊連接，數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端與控制裝置連接，數(shù)據(jù)采集模塊將采集的數(shù)據(jù)輸入量輸入到過程模糊控制器，過程模糊控制器接收數(shù)據(jù)輸入量并通過通訊模塊輸入到上位機，上位機將接收的數(shù)據(jù)輸入量輸入到控制指標性能分析模塊，控制指標性能分析模塊對數(shù)據(jù)輸入量進行分析并輸出分析模型輸入到上位機，上位機將接收的分析模型輸入到程序編制模塊，程序編制模塊接收分析模型并輸出編制程序至上位機，上位機將接收的編制程序輸入到程序調(diào)試模塊進行調(diào)試，程序調(diào)試模塊將調(diào)試數(shù)據(jù)輸入到上位機，上位機接收調(diào)試數(shù)據(jù)并輸入到程序編制模塊，程序編制模塊將修正后的程序輸入到上位機，上位機將修正后的程序輸入到過程模糊控制器，過程模糊控制器經(jīng)數(shù)據(jù)輸出模塊輸出控制輸出量對控制裝置進行控制。

所述的過程模糊控制器包括微處理器CPU芯片、存儲器RAM芯片、存儲器ROM芯片、直流電源接口模塊、通訊接口模塊、A/D轉(zhuǎn)換通道、D/A轉(zhuǎn)換通道，微處理器CPU芯片與存儲器RAM芯片、通訊接口模塊互連，存儲器ROM芯片的輸出端連接微處理器CPU芯片，直流電源接口模塊與微處理器CPU芯片連接，A/D轉(zhuǎn)換通道的輸出端與微處理器CPU芯片的輸入的連接，微處理器CPU芯片的輸出端與D/A轉(zhuǎn)換通道的輸入端連接，現(xiàn)場控制裝置的過程控制量通過傳感器轉(zhuǎn)換為標準電壓或電流信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換通道轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入過程模糊控制器，并經(jīng)微處理器CPU芯片處理后的數(shù)字量，通過D/A轉(zhuǎn)換通道轉(zhuǎn)換為標準電壓或電流信號，對現(xiàn)場控制裝置進行控制，根據(jù)受控系統(tǒng)的偏差及其微分變化趨勢設(shè)計模糊控制器，并進行建模與仿真、完善，在完善的過程模糊控制器基礎(chǔ)上，對過程模糊控制器進行回歸分析或BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型簡化，采用上位機與過程模糊控制器串口、總線、工業(yè)以太網(wǎng)等通信的方式進行回歸分析或BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型程序編程與調(diào)試，過程模糊控制器對現(xiàn)場信號進行采集，通過通信把數(shù)據(jù)傳送到上位機，上位機按照分析模型進行編程實現(xiàn)模糊控制運算，結(jié)果再經(jīng)通信傳至過程模糊控制器，通過過程模糊控制器的輸出通道輸出實現(xiàn)對現(xiàn)場的模糊控制，根據(jù)調(diào)試結(jié)果的分析對程序進行修改與完善，進而編制過程模糊控制器程序并移植至過程模糊控制器。對于采用上位機監(jiān)控的過程控制系統(tǒng)，直接在上位機進行回歸分析或BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型程序設(shè)計，進而實現(xiàn)智能模糊控制。