球团生产模糊控制器的设计

球团生产模糊控制器的设计包括：

 (1) 隶属函数的选取。采用二维模糊控制器，理论上讲控制器维数越多，控制越精确，但维数过高，模糊控制规则相当复杂，控制算法实现较困难。控制器的输入量为水流量偏差E和偏差变化EC，其语言变量为8级(NB，NM，NS，NO，PO，PS，PM，PB)，量化论域均为13级[06，6]；控制器的输出量为电磁调节阀门的开度值U，语言变量为7级(MV1，MV2，MV3，MV4，MV5，MV6,MV7)，量化论域为13级*[0.12]，对电磁阀组结构的加水装置，取[0.12]更易于理解与计算。模糊策略采用具有三角隶属函数的TPE系统，既能满足一定的控制精度，又计算简便。

 (2) 模糊规则的确定。控制器模糊推理规则是由一组线性规则构成：R_i：IF E_iandEC(k) is EC_j THEN U(k) is U(i+j)。其中，E_i为一个“偏差E”的模糊集，EC_j为一个“偏差变化EC”的模糊集；U(i+j)为一个“输出量U”的模糊集。这些规则的构造基于如下阶跃响应特性：若被控量快速远离设定点，则施加大的控制量以控制被控量返回设定点；当被控量离设定点较近且正在快速靠近设定点时，则只需较小的控制量。例如：

规则一：当“偏差”为“正大”，“偏差变化”为“正大”，则“输出量”为“正很大”。

规则二：当“偏差”为“负大”，“偏差变化”为“负中”，则“输出量”为“负大”。

依此类推，模糊控制器的全部推理规则列于表1。

表 1  FUZZY控制器的推理规则K表

 (3) 模糊控制器查询表的确定。根据模糊关系公式和实际输出计算公式即可求出完整的模糊规则查询表(表2)。

式中，A_i,B_i，C_i分别为模糊规则中对应于E、EC和U三个模糊子集的语言变量；R为模糊关系矩阵；A﹡，B﹡，C﹡分别为任意时刻的实际输入输出值；R为规则数。

表 2  FUZZY控制器查询U表

 (4) 量化因子的确定。取E_max为允许最大水流量偏差，Emax为允许最大水流量偏差变化，n为量化级数，则：

对于任意实际偏差E_i或偏差变化量EC_i，有下列三种情况的量化选择：1)L≤K_e•E_i≤L+1；2)K_e•E_i<-n；3)K_e•E_i>n。

对第1种情况，若L≤K_e•E_i≤L+1/2，则量化为L；若L+1/2≤K_e•E_i<L+1，则量化为L+1。对第2，3种情况，则将E_i量化为n或-n。

 (5) 比例因子的确定。同理，给定输出量变化范围U_max，即可确定比例因子K_U=U_max/n。由于加水装置是电磁阀组的结构，所以比例因子的确定十分方便。

模糊控制的实现是按模糊控制算法由计算机先离线计算好查询表，在控制程序中，根据模糊化后的偏差值以及偏差变化值，直接查表获得控制量的变化值。其程序流程如图1所示。

图 1  程序流程图