模糊控制方法在锅炉汽包水位控制中的应用研究

许秋华

（周口科技职业学院，河南 周口466002）

客观世界事物之间存在着关联，逻辑推理可以解决一部分相对明显相关联的事物，但是划分区别界限不太清晰的事物，逻辑推理已经不能够完美的解决此问题.数理逻辑是精确的二值逻辑，只适用于研究精确事物.如果要用这种“非此即彼”的逻辑来处理模糊对象，就需要人为地简化对象，舍弃对象固有的模糊性.在本来没有界限的对象之间人为地划定界限，是对本来相互联系着的事物性质的一种歪曲.

推理技术是整个人工智能中最为活跃的研究方向之一［1］，其重要组成部分是模糊逻辑和模糊推理［2］.常见的智能系统［3］有模糊专家系统［4］、模糊控制系统和模糊网络系统等.模糊推理［5］是信息科学中进行模糊处理和实现机器智能的重要工具，是计算机科学、控制科学和人文决策等学科的重要课题［6，7］.

机车锅炉水位控制是实现对车厢空气进行换气、加热、制冷和空气净化的装置.本文采用模糊推理技术对机车锅炉水位实现了智能控制，解决了机车锅炉水位控制中不确定的问题.

1 模糊控制器的设计

模糊控制系统组成如图1所示.

由图1可知，由模糊子集和模糊控制规则依照模糊推理，得到模糊控制：

图1 模糊控制系统组成框图

控制量u等于模糊向量e和模糊关系R的乘积［8］.

模糊推理一般采用极小运算规则定义模糊蕴含表达的模糊关系，例如规则“ifxisAthenyisB”表达的模糊关系Rc定义为：

当x为A′，模糊推理的结论计算如下：

常用的解模糊方法为重心法.它依据推理结果隶属函数曲线与横轴围成面积的重心作为代表点，即

当输出变量隶属函数为离散单点集时，则为：

重心法实际为加权平均法，权值为推理结论中模糊集合的各元素隶属度.

重心法不仅有具体公式可循，涵盖了模糊集合的所有信息，还可根据隶属度的不同而有所侧重，但计算量较大，主要用于实时性要求不高的场合.

2 锅炉汽包水位模糊控制仿真

水位控制在锅炉的应用中有很大的作用，其原理图如图2所示.

图2 锅炉水位模糊控制系统图

通过操作人员旋转阀门进行锅炉水位调节，非常简单，其模糊化的各个变量的论域为：

E，C和U的语言值分别为：

根据专家经验，用模糊集合分别来表示该语言变量的语言值，即关闭、小开、中开、大开.建立下面的模糊控制规则表.

表1 fuzzy控制规则表

确定每个变量的隶属度函数，如图3～5所示.

3 结论

本文采用模糊推理技术，隶属度函数采用三角形，解模糊采用重心法，构造了机车锅炉水位的模糊控制系统.仿真结果表明，其相应超调量小，调节时间短，具有较好的性能，解决了机车锅炉水位控制严重滞后的问题，为工程实践提供了技术参考.

［1］章卫国，杨向忠.模糊控制理论与应用［M］.西安：西北工业大学出版社，1999.

［2］何平，王鸿绪.模糊控制器的设计与应用［M］.北京：科学出版社，1997.

［3］张文修，梁光锡.模糊控制与系统［M］.西安：西安交通大学出版社，1998.

［4］高新波，谢维信.模糊聚类理论发展及应用的研究进展［J］.科学通报，2007，44（42）：2241-2251

［5］薛定宇.控制系统计算机辅助设计［M］.北京：清华大学出版社，1996：6.

［6］Alahakoon D，Halgamuge S K，Srinivasan B.Dynamic self-organizingmapswith controlled growth for knowledge discovery［J］.IEEE Transactions on Neural Networks，2000，11（3）：12-57.

［7］Wen J H，Wu H Y，Wu Z F，et al.Clustering algorithm research based on self-organizing feature maps networks［J］.International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence，2007，25（7）：68-79.

［8］孙增圻.智能控制理论与技术［M］.北京：清华大学出版社，1997.