浅析PLC模糊控制器的设计与实现

摘 要：随着PLC在工业生产领域的广泛应用，对PLC控制功能要求的提高使得预测控制器、模糊控制器等功能性较强的控制器应用软件诞生。本文就PLC模糊控制器的研究与实现进行一个简单的介绍，对PLC模糊控制器的算法与系统、控制器设计步骤进行阐述，以验证PLC模糊控制器的可靠性和有效性。

关键词：PLC；模糊控制器；设计

一、PLC模糊控制器简介

模糊控制嵌入PLC称为模糊控制器，即用模糊专用芯片来组成模糊控制器，Omron公司的FZ001、德国AEG公司的modiconA120型和A250型等PLC就带有标准模糊控制软件包，目前模糊专用模块已经被许多PLC制造商开发和生产出来，是应用场合较多的一款控制器。

模糊控制器是当前智能控制技术中最为成熟的一个技术分支，因为与常规控制集成运行，因此具有推理速度快、适应能力好、系统稳定性强、控制精度高的特点，能解决复杂的控制问题，适用于非专业技术人员操控，操作时省去系统参数调节过程，因此非常适合工业生产操作，在转化生产力、加快控制技术广泛应用的进程中起着非常重要的作用。

二、PLC模糊控制器的算法与系统

（一）模糊控制系统

PLC模糊控制系统通过输入接口、输出接口进行两端的链接，中间的重要部分是由检测装置、被控对象、执行机构组成，而模糊控制器在其中起到了计算控制变量、模糊量化处理、模糊控制规则等作用。结构图如图：

模糊控制系统结构组成图

由图我们可以清楚的看到，整个系统的核心是由模糊控制器构成，只有模糊控制器的性能提高才能带动整个系统的优化运作。从功能上来分，模糊化接口、知识库、模糊推理机以及去模糊化结构共同构成了模糊控制器。模糊化接口在其中起到了转化精确量为模糊量的作用；知识库包含了应用领域中的知识和要求的控制目标；模糊推理的设计思路则是参照人的思维模式进行的；清晰化接口在这里的作用是将模糊量变为清晰量，以配合系统的运行需要。

根据独立的输入变量和输出变量的个数，我们将模糊控制系统划分为两种类型的控制系统，即单变量和多变量。

（二）模糊控制系统的算法

在整个模糊控制运算过程中，模糊化、模糊推理和清晰化共同构成了模糊控制算法。首先是将输入量转变为模糊控制需求的量，以将這些量值运送到系统需求的领域里，这些分系统对量再进行模糊处理，并表示为模糊集合，整个的运算过程称之为模糊化运算；模糊控制器根据自身设置的控制目标，在知识库中进行技术变换，包括把各种语言变量的隶属度函数、输入输出的尺度、空间等因子进行模糊划分；模糊推理机按照人的模糊概念模拟推理，根据模糊逻辑法则转变规则库中的模糊“IFTHEN”为某种映射；经过推理后的模糊量并不能用来直接控制对象，需要转化为一个精确的量以控制执行器，这个过程叫清晰化。

三、PLC模糊控制器设计

为了达到某种目标进行程序设计，并根据实际控制问题去设计的有一定被控过程的控制器称之为一般的模糊控制器，它根据客户的不同需求进行编程，来灵活操控工作流程。常用的模糊控制器最大的区别在于其通用化的特点，在于其摒弃了高控制精度的目标，为了实现这个特点，模糊控制器以PLC在线查表、计算机离线计算的方法来实现模糊控制。具体的过程是：计算机离线为了得到模糊控制器的总控制表，将模糊推理过程简单化、模糊化，并对程序进行必要的调试和修改后，将这些过程以数据模块的形式存入PLC系统的内存中，最后由一个查询该表的子程序进行管理。

以上我们所阐述的为通用模糊控制器运行过程，也正是由于二维模糊控制器能够比较严格的反映受控过程中的输入变量的动作特性，具有良好的通用性，且要比一维模糊控制器的控制效果好，比三维模糊控制器计算简单，因此在工业生产中，二维模糊控制器被普遍选用为模糊控制系统。

基于PLC的模糊控制器在控制设计上除了控制器的结构外，还涉及到模糊控制器的离线设计部分、ETEP7实现模糊控制器设计、PLC模糊控制器的仿真验证。模糊控制器的离线设计部分，一般包含具体的算法设计、基于MATLAB模糊逻辑工具箱设计；ETEP7实现模糊控制器设计包含模糊算法、模糊算法功能块；PLC模糊控制器的仿真验证包括对仿真系统的建立和仿真结果验证。

综上所述，PLC模糊控制器无论经历再复杂的运算过程，都是由计算机离线计算来完成的，得到的数据供PLC在线调用。采用了MTALAB离线设计和PLC在线查表方法后，基于PLC的模糊控制器将复杂繁琐的工作变得简单明了，不仅对使用人员来说操作方便，对于工业生产来说也提高了控制的实时性。未来对于PLC模糊控制器的改进，可以在算法、控制效果上进一步探索，并在开发PLC模糊PID控制器上做更深的研究。

参考文献：

[1]汪小澄，方强.基于PLC的模糊控制研究[J].武汉大学学报，2002，35（3）：7981.

[2]孙东卫，周立峰.预测模糊控制在渠道系统中的应用[J].现代电子技术，2002（4）；8285，

[3]刘振娟.PLC先进控制策略研究与应用[D].北京化工大学硕士研究生论文，2005，6.

[4]西门子公司.西门子S7300系统参考手册[M].北京西门子自动化与驱动集团，2002：10200.

作者简介：许波（1987），女，汉族，河南焦作人，助理讲师，现为河南工业和信息化职业学院教师。