模糊理论在加热控制系统中的应用

摘要：将模糊控制理论引入加热系统中，以解决温度稳定性控制的问题，由于TMS320LF2407具有高速的运算能力，因此运用其对数据进行采集和运算处理，试验结果证明了其有效性。文章对模糊理论在加热控制系统中的应用进行了探讨。

关键词：模糊控制理论；DSP；温度控制；加热系统；数据采集；运算处理 文献标识码：A

中图分类号：TP273 文章编号：1009-2374（2016）27-0048-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.022

TMS320LF2407是美国国家仪器公司推出的16位数字信号处理器，是定点数字信号处理器C2000平台系列中的成员。它既有内核增强型TMS320设计结构，又适用于电机控制的低功耗、高性能、优化外围电路，CPU采用了增强型哈佛结构，每条指令大约在33ns完成，具有功耗低、运算速度快、片内资源丰富的特点，在工农业控制领域有着较为广泛的应用。

模糊控制理论受到人们的广泛关注，在学术界也受到了相关专业研究学者的重视，在机械、化工、现代化农业、食品生产等多个领域中发挥着极其重要的作用。模糊逻辑提供了一种基于专家知识的、语义描述的不确定推理方法。模糊控制系统的设计不要求知道被控对象的精确数学模型，只要提供专家或操作人员的经验知识和操作数据。因此不能建立精确数学模型的繁冗系统采用模糊控制理论往往能获得良好的控制效果，而且其硬件电路的设计也相对简化。模糊控制理论对大规模系统、多目标系统、非线性系统具有有效的控制能力。

将模糊控制理论引入加热系统中，以解决温度稳定性控制的问题，由于TMS320LF2407具有高速的运算能力，故运用其对数据进行采集和运算处理。

1 模糊控制器的设计

设水温给定为Td，系统实际水温为T，则水温误差e=Td-T，取其语言变量为E，论域X={-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}，论域上的模糊子集是Ai（i=1，2，…，7），其对应的语言值为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。分别表示当前水温相对应于设定值Td为：“极低”“很低”“偏低”“正好”“偏高”“很高”“极高”。

系统水温误差前后两次采样值的变化量是ec=e2-e1=（Td-T1）-（Td-T2）=T2-T1，取其语言变量为EC，论域Y={-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}，论语上的模糊子集是Bi（i=1，2，…，7），其对应的语言值为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。分别表示当前水温的变化T2-T1为：“快速升高”“较快升高”“升高”“不变”“降低”“较快降低”“快速降低”。

系统输出控制量u，其语言变量为U，论域Y={-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}，论域上的模糊子集是Ck（k=1，2，…，7），其对应的语言值为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。温度偏差e和偏差变化ec模糊论域均为{-3，-2，-1，0，1，2，3}，对应的语言值为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。对上述各语言值给定其模糊化的隶属度函数，三个模糊集合均选择高斯型函数。

根据现场操作人员的经验，把所有可能的输入输出情况计算出来，将结果存入一个表格，称为模糊控制规则表。模糊控制规则的描述如表1所示：

2 加热系统的设计

整个加热系统以TMS320LF2407为核心，其IOPA0～IOPA7口接4×4的键盘P0～P7口，其IOPB0～IOPB7接液晶（HS162-4），其IOPE1、OPE2、IOPE7分别接HS162-4的E、R/W、RS，构成了系统的键盘显示部分。TMS320LF2407的IOPE3接固态继电器的第3端，铂电阻置加热器内壁，另一端接8552，8552输出端接TMS320LF2407的ADIN0，构成了系统的控制部分。

TMS320LF2407有多达41个通用、双向的数字I/O引脚，选用HS162-4型键盘模块和液晶模块与TMS320LF2407的通用I/O完成键盘和液晶显示模块。运用LF2407的通用I/O经过扫描能识别键盘上按键的键号，并通过HS162-4显示出来。

程序遵循结构化、模块化的设计方法，各个模块分别进行编程及调试后组成一个完整的程序。其不同之处在于控制程序部分使用了模糊算法以提高对温度稳定性的有效控制。

实验结果如表3所示（单位为℃），加热系统的温度误差不超过0.2℃，基本达到设计要求。

3 结语

将模糊控制理论引入加热系统当中，从而解决温度稳定性控制的问题，并运用数字信号处理器的高速运算的能力处理数据，从而使温度显示具有较好的实时性，实验结果表明了整个系统的可行性和实用性。

参考文献

[1] 刘和平.TMS320LF240xDSPC语言开发应用[M].北 京：北京航空航天大学出版社，2003.

[2] 汤兵勇，路林吉，王文杰.模糊控制理论与应用技术 [M].北京：清华大学出版社，2002.

[3] 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.

[4] 诸静.模糊控制理论与系统原理[M].北京：机械工 业出版社，2005.

作者简介：吴小亮（1981-），女，新疆昌吉人，宝鸡铁路技师学院讲师，研究方向：自动控制、内燃机车电传动。

（责任编辑：蒋建华）