最優(yōu)控制與智能控制

1、最優(yōu)控制與智能控制基礎(chǔ)文獻(xiàn)總結(jié)報(bào)告1 課題背景及意義溫度是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中很重要的被控變量。在冶金、化工、工業(yè)爐窯等工業(yè)生產(chǎn)中, 溫度控制系統(tǒng)是較普遍且較關(guān)鍵的控制系統(tǒng), 它具有非線性、 強(qiáng)耦合、時(shí)變、時(shí)滯等特性 ，采用常規(guī)的PI D 控制器, 一般很難實(shí)現(xiàn)對(duì)其快速有效地精確控制 ，而作為 非 線 性 控 制 的 一個(gè)分 支-模 糊 控制,在溫度控制系統(tǒng)中得到了較好的應(yīng)用 。模糊邏輯是人工智能的重要組成部分，自從1965年美國(guó)控制理論專(zhuān)家L.A.Zadeh提出了用“ Fuzzy Sets”(模糊集合)描述Fuzzy(模糊)事物以來(lái) 1 , Fuzzy技術(shù)獲得了廣泛的應(yīng)用 。而模糊控制取得的最

2、早應(yīng)用成果之一,是 1975 年 英 國(guó)P.J.King和E.H.Mamdani將 模 糊 控 制 系 統(tǒng) 應(yīng)用于工業(yè)反應(yīng)過(guò)程的溫度控制中。隨后模糊控制成為自動(dòng)化技術(shù)中一個(gè)非?；钴S的領(lǐng)域.。著名的自動(dòng)控制權(quán)威Austrom曾經(jīng)指出：模糊邏輯控制 、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制與專(zhuān)家系統(tǒng)控制是三種典型的智能控制方法。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)模越來(lái)越大，形成了復(fù)雜的大系統(tǒng)，導(dǎo)致了控制對(duì)象、控制器以及控制目的的日益復(fù)雜化。而另一方面，人類(lèi)對(duì)自動(dòng)化的要求也更加廣泛，傳統(tǒng)的自動(dòng)控制理論和方法已不能適應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)的控制。在許多系統(tǒng)中，復(fù)雜性不僅僅體現(xiàn)在很高的維數(shù)上，更多表現(xiàn)在被控對(duì)象模型的不確定性、系統(tǒng)信息

3、的模糊性、高度非線性和多層次、多目標(biāo)的控制要求。因此，建立一種更有力的控制理論和方法來(lái)解決上述問(wèn)題，就顯得十分重要。模糊控制是智能控制的一種典型和較早的形式，作為智能控制的一個(gè)分支，模糊控制是模糊數(shù)學(xué)和控制理論相結(jié)合的產(chǎn)物，它利用了人的思維具有模糊性的特點(diǎn)，通過(guò)使用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬度函數(shù)、模糊關(guān)系、模糊推理等工具得到控制規(guī)則矩陣表格進(jìn)行控制。模糊控制的基本思想是用機(jī)器去模擬人對(duì)系統(tǒng)的控制, 即在被控對(duì)象的模糊模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用模糊控制器近似推理等手段, 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的一種方法 2 。 模糊模型是用模糊語(yǔ)言和規(guī)則描述一個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性及性能指標(biāo)。模糊控制具有不需要知道被控對(duì)象(或過(guò)程)的數(shù)學(xué)模型，

4、易于實(shí)現(xiàn)對(duì)具有不確定性的對(duì)象和具有強(qiáng)非線性的對(duì)象進(jìn)行控制，對(duì)被控對(duì)象特性參數(shù)的變化具有較強(qiáng)的魯棒性，對(duì)于控制系統(tǒng)的干擾具有較強(qiáng)的抑制能力等特點(diǎn)。2 溫度控制的研究現(xiàn)狀 溫度控制在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科研以及日常生活等領(lǐng)域占有重要的地位，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活中較為常見(jiàn)和基本的工藝參數(shù)之一。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行溫度控制來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)、數(shù)字顯示、信息存儲(chǔ)，對(duì)于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約能源等有著積極的意義。另外隨著社會(huì)的進(jìn)步和人民生活水平的不斷提高，像任何其他控制系統(tǒng)一樣，對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象越來(lái)越復(fù)雜，這不僅表現(xiàn)在控制系統(tǒng)具有多輸入的參數(shù)時(shí)變性和嚴(yán)重的非線性，更突出的是從

5、系統(tǒng)對(duì)象所能獲得的信息量相對(duì)有限，以及與此相反地對(duì)控制性能要求的日益提高。然而， 當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜度增大的時(shí)候，人們能夠使它精確化的能力將降低，當(dāng)達(dá)到一定的閾值的時(shí)候，復(fù)雜性和精確性將會(huì)相互排斥，即在多變量非線性時(shí)變的系統(tǒng)中，系統(tǒng)的復(fù)雜性與人們要求的精確性之間會(huì)形成尖銳的矛盾。因此，要想精確描述復(fù)雜對(duì)象與系統(tǒng)的物理現(xiàn)象和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，實(shí)際上是很困難的，關(guān)鍵是如何使精確與簡(jiǎn)明取得平衡，而使問(wèn)題的描述具有實(shí)際意義。溫度的控制可以作為研究更為復(fù)雜的非線性系統(tǒng)的基礎(chǔ)，又具有較強(qiáng)的理論性，屬于應(yīng)用基礎(chǔ)研究。同時(shí)，它具有較強(qiáng)的綜合性，涉及控制原理、智能控制等多個(gè)學(xué)科。目前，在工業(yè)生產(chǎn)方面，國(guó)內(nèi)外關(guān)于溫度控制的控

6、制策略采用模糊控制及PID自校準(zhǔn)、自調(diào)整的比較多, 其中模糊控制主要是朝智能化方向發(fā)展,表現(xiàn)在模糊控制與其他智能控制方法的結(jié)合,采用遺傳算法優(yōu)化模糊控制等3。主要解決的問(wèn)題是:規(guī)則的完整性、規(guī)則的優(yōu)化和控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性; PID自調(diào)整、自校正主要采用不同的優(yōu)化方法對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改。對(duì)國(guó)內(nèi)外溫度控制研究的現(xiàn)狀進(jìn)行分析和總結(jié)，可以為現(xiàn)有控制策略的改進(jìn)奠定良好的基礎(chǔ)，具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。2.1 國(guó)外溫度控制的研究現(xiàn)狀溫度控制技術(shù)按照控制目標(biāo)的不同可分為兩類(lèi)：動(dòng)態(tài)溫度跟蹤與恒值溫度控制。動(dòng)態(tài)溫度跟蹤實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)是使被控對(duì)象的溫度值按預(yù)先設(shè)定好的曲線進(jìn)行變化。在工業(yè)生產(chǎn)中很多場(chǎng)合

7、需要實(shí)現(xiàn)這一控制目標(biāo)，如發(fā)酵過(guò)程溫度控制，化工生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)溫度控制，冶金工廠中燃燒爐中的溫度控制等。恒值溫度控制的目的是使被控對(duì)象的溫度恒定在某一數(shù)值上，且要求其波動(dòng)幅度（即穩(wěn)態(tài)誤差）不能超過(guò)某一給定值。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，在單回路PID控制器中引入了參數(shù)整定和自適應(yīng)控制理論，PID控制理論從此進(jìn)入了高速發(fā)展階段。英國(guó)的Hamid等將PID控制器應(yīng)用到冰箱的溫度控制中，通過(guò)使用MATLAB/Simulink軟件仿真和誤差分析圖的方式與傳統(tǒng)的ON-OFF控制做了細(xì)致的比較。結(jié)果表明，PID控制在控制精度和控制性能方面都優(yōu)于ON-OFF控制。由于PID控制算法簡(jiǎn)單、可靠性高等特點(diǎn)，在控制技

8、術(shù)高速發(fā)展的今天，它在工業(yè)過(guò)程控制中仍然占有主導(dǎo)地位。由于PID調(diào)節(jié)器模型中考慮了系統(tǒng)的誤差，誤差變化率及誤差積累三個(gè)因素，因此，其控制性能大大地優(yōu)越于定值開(kāi)關(guān)控溫法，其具體功能可以采用模擬電路或計(jì)算機(jī)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，前者稱(chēng)為模擬PID調(diào)節(jié)器，后者稱(chēng)為數(shù)字PID調(diào)節(jié)器。其中數(shù)字PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)可以在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)在線整定，因此具有較大的靈活性，可以得到較好的控制效果。采用這種方法實(shí)現(xiàn)的溫度控制器，其控制品質(zhì)的好壞主要取決于三個(gè)PID參數(shù)（即比例值、積分值、微分值）。只要PID參數(shù)選取的正確，對(duì)于一個(gè)確定的受控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其控制效果是比較令人滿(mǎn)意的。PID控制對(duì)大多數(shù)工業(yè)控制對(duì)象都能達(dá)到較好的控制效果

9、，但它有明顯的缺點(diǎn)，比如依賴(lài)于對(duì)象模型，對(duì)于非線性、大滯后、時(shí)變系統(tǒng)控制效果不理想等。而且隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)控制的實(shí)時(shí)性與精度要求越來(lái)越高，被控對(duì)象也越來(lái)越復(fù)雜，單純采用常規(guī)PID控制器己不能滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求，因此出現(xiàn)了許多新的控制方法。比如模糊控制、最優(yōu)控制、魯棒控制等，這些控制策略引入到PID控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中極大地提高了系統(tǒng)的控制性能。其中，智能PID控制近幾年引起了人們極大的研究興趣。將智能控制方法和常規(guī)PID控制方法融合在一起，形成了許多形式的智能PID控制器。它吸收了智能控制與常規(guī)PID控制兩者的優(yōu)點(diǎn)。首先，它具備自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織的能力，能夠自動(dòng)辨識(shí)被控過(guò)程參數(shù)、自動(dòng)整定控制參

10、數(shù)、能夠適應(yīng)被控過(guò)程參數(shù)的變化;其次，它又具有常規(guī)PID控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、魯棒性強(qiáng)、可靠性高、為現(xiàn)場(chǎng)工程設(shè)計(jì)人員所熟悉等特點(diǎn)。1971年，著名的美籍華裔科學(xué)家傅京孫教授最早公開(kāi)指出了一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域，并提出了相應(yīng)的概念，這就是智能控制系統(tǒng)（Intelligent Control Systems）。1985年8月，IEEE在美國(guó)紐約召開(kāi)了第一屆智能控制學(xué)術(shù)討論會(huì)，智能控制原理和智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這一提法成為這次會(huì)議的主要議題。這次會(huì)議決定，在IEEE控制系統(tǒng)學(xué)會(huì)下設(shè)立一個(gè)IEEE智能控制專(zhuān)業(yè)委員會(huì)。這標(biāo)志著智能控制這一新興學(xué)科研究領(lǐng)域的正式誕生。智能控制作為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，已正式在國(guó)際上建立起來(lái)。

11、在過(guò)去的20多年里，智能控制理論發(fā)展迅猛，出現(xiàn)了大量新穎的控制理論。智能控制系統(tǒng)是某些具有仿人智能的工程控制和信息處理系統(tǒng)，它與人工智能的發(fā)展緊密聯(lián)系。智能控制是一門(mén)新興的交叉前沿學(xué)科，它具有非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。智能可定義為:能有效的獲取、傳遞、處理、再生和利用信息，從而在任意給定的環(huán)境下成功地達(dá)到目的的能力。人工智能是應(yīng)用除了數(shù)學(xué)式子以外的方法把人們的思維過(guò)程模型化，并利用計(jì)算機(jī)來(lái)模仿人的智能的學(xué)科。它的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)比控制理論廣泛，如包括判斷、理解、推理、預(yù)測(cè)、識(shí)別、規(guī)劃、決策、學(xué)習(xí)和問(wèn)題求解等，是高度腦力行為和體力行為的綜合。智能控溫法利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)等理論，并適當(dāng)加以專(zhuān)家系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)智

12、能化4。其中應(yīng)用較多的有模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及專(zhuān)家系統(tǒng)等。尤其是模糊控溫法在實(shí)際工程技術(shù)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。目前已出現(xiàn)一種高精度模糊控制器，可以更好的模擬人的操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)改善控制性能，從理論上講，可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差5。2.2 國(guó)內(nèi)溫度控制的研究現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)溫度控制器的發(fā)展，相對(duì)國(guó)外而言在性能方面還存在一定的差距，最大的差別主要還是在控制算法方面，具體表現(xiàn)為國(guó)內(nèi)溫控器控制精度低，自適應(yīng)性較差。這種不足的原因是多方面造成的，如針對(duì)不同的溫控對(duì)象，由于控制算法的不足而導(dǎo)致控制精度不穩(wěn)定等。適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。由

13、于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，德國(guó)、美國(guó)、日本在液位控制系統(tǒng)的研究技術(shù)領(lǐng)先，并且相對(duì)于國(guó)內(nèi)的研究更加的智能化。溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來(lái)講，同國(guó)外的先進(jìn)國(guó)家相比，仍然有差距。目前，我國(guó)溫度控制主要以常規(guī)的PID控制為主，它只能適應(yīng)一般系統(tǒng)控制，難以實(shí)現(xiàn)滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)的控制。2.3 溫度控制中存在的問(wèn)題和不足 溫度控制已成為工業(yè)生產(chǎn)、科研活動(dòng)中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié),能否成功地將溫度控制在所需的范圍內(nèi)關(guān)系到整個(gè)活動(dòng)的成敗。由于溫度的控制過(guò)程有很多難點(diǎn),輸入信號(hào)小、大滯后、大慣

14、性等使溫控手段具有多樣性。目前，采用定植開(kāi)關(guān)控制方法的溫度控制器在我國(guó)許多工廠的老式工業(yè)電爐中仍被使用。由于這種控制方式是當(dāng)系統(tǒng)溫度上升至設(shè)定點(diǎn)時(shí)關(guān)斷電源，當(dāng)系統(tǒng)溫度下降至設(shè)定點(diǎn)時(shí)開(kāi)通電源，因而無(wú)法克服溫度變化過(guò)程的滯后性，致使系統(tǒng)溫度波動(dòng)較大，控制精度低，完全不適用于高精度的溫度控制。此外，采用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器或改進(jìn)型PID調(diào)節(jié)器,溫度控制不夠穩(wěn)定,特別是溫度超調(diào)較大。而采用模糊控制設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)器可以獲得良好的溫度控制特性。3 模糊控制在溫度控制中的應(yīng)用3.1加熱爐溫度的模糊PID控制常規(guī)PID控制與模糊控制相結(jié)合的智能控制系統(tǒng)，在溫度偏差較大時(shí)，側(cè)重于模糊控制，提高系統(tǒng)的響應(yīng); 在溫度偏差

15、較小時(shí)，側(cè)重于PID調(diào)節(jié)，因此既具有模糊控制的響應(yīng)快，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，又具有PID控制精度高的特點(diǎn)6，目前經(jīng)調(diào)試已獲得良好的效果并投入生產(chǎn)。3.1.1控制策略實(shí)現(xiàn) 加熱爐的燃燒過(guò)程是一個(gè)參數(shù)非線性和時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng)，因而選用模糊控制與PID控制相結(jié)合的方法，既保持PID控制的優(yōu)點(diǎn)，又具有模糊控制的特點(diǎn)，加入模糊控制的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖17所示。圖1 加熱爐模糊PID控制系統(tǒng)控制器的最后輸出由PID的輸出和模糊控制器的輸出按比例合成:其中，Z1為PID輸出Z2為模糊控制器的輸出,a為協(xié)調(diào)因子，通過(guò)實(shí)時(shí)改變協(xié)調(diào)因子a的值(a的取值范圍為0，1),可實(shí)現(xiàn)對(duì)PID控制和模糊控制的加權(quán)程度，充分發(fā)揮模糊控

16、制和PID控制各自的優(yōu)點(diǎn)8，避免各自的缺點(diǎn).3.1.2模糊控制器的設(shè)計(jì) 根據(jù)實(shí)際情況，加熱爐設(shè)定溫度為1300，允許偏差為±20，選取加熱爐溫度的偏差e和偏差率ee作為模糊控制器的輸入語(yǔ)言變量E，EC，選取煤氣閥門(mén)開(kāi)度z作為模糊控制器的輸出語(yǔ)言變量Z(E、EE和Z是e、de/dt和z經(jīng)過(guò)模糊化處理后得到的) ，從而構(gòu)成一個(gè)雙輸入單輸出的模糊控制器，從圖1可看出模糊控制器主要包含三個(gè)功能環(huán)節(jié): 用于輸入信號(hào)處理的模糊量化和模糊化環(huán)節(jié)，模糊控制算法功能單元以及用于輸出解模糊化的模糊判決環(huán)節(jié)。控制規(guī)則如表1所示。表 1 控制規(guī)則表3.1.3控制效果 模糊控制與PID控制相結(jié)合的控制方法在加

17、熱爐加熱過(guò)程中，爐溫的超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差均不大，穩(wěn)態(tài)誤差能夠控制在±20范圍，當(dāng)實(shí)際溫度偏離設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)能很快做出判斷，選擇相應(yīng)的控制方法并執(zhí)行相應(yīng)的升降溫動(dòng)作，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)精度高。3.2應(yīng)用模糊控制理論進(jìn)行大體積混凝土施工過(guò)程的溫度控制大體積混凝土施工中一個(gè)重要的技術(shù)課題就是溫度控制。大體積混凝土在固化過(guò)程中釋放的水化熱會(huì)產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮作用,由此而產(chǎn)生的溫度和收縮應(yīng)力是導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫的主要因素,從而影響基礎(chǔ)的整體性、防水性和耐水性,成為結(jié)構(gòu)的隱患。而目前大體積混凝土在升溫階段和降溫階段的溫度應(yīng)力控制中,存在較多的人為因素,溫度控制多憑借施工人員的技術(shù)素質(zhì)

18、進(jìn)行控制。通過(guò)分析大體積混凝土溫度控制的主要因素,運(yùn)用模糊控制技術(shù)的原理和方法,建立大體積混凝土溫度模糊控制器,通過(guò)模糊控制器對(duì)實(shí)際工程的大體積混凝土溫度控制進(jìn)行模擬計(jì)算,并將模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)際溫控?cái)?shù)據(jù)對(duì)比,從而得出模糊溫控系統(tǒng)可以有效地對(duì)大體積混凝土溫度和應(yīng)力進(jìn)行控制的結(jié)論9。3.2.1大體積混凝土溫度控制因素 在大體積混凝土冷卻水降溫的過(guò)程中,有以下幾個(gè)關(guān)鍵因素10:(1)混凝土內(nèi)外溫差過(guò)高,將會(huì)因溫度應(yīng)力過(guò)高而產(chǎn)生裂縫。(2)雖然冷卻水水溫與混凝土最高溫度的溫差越大,降溫效果越明顯,但如果溫差過(guò)大,則可能造成冷卻管附近由于溫度應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。(3)當(dāng)大體積混凝土處在溫升曲線的降溫階段時(shí),

19、如果降溫速率過(guò)快,會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)貫穿性溫度裂縫。因此,為控制本工程轉(zhuǎn)換層大體積混凝土溫度應(yīng)力,確保不出現(xiàn)因溫度應(yīng)力過(guò)大產(chǎn)生裂縫,設(shè)定以下控制指標(biāo)作為模糊控制的控制指標(biāo):(1)混凝土內(nèi)外溫差不大于25;(2)降溫速率不大于10/d;(3)冷卻水水溫與混凝土最高溫度的溫差不大于20。3.2.2大體積混凝土降溫的模糊控制原理在大體積混凝土冷卻水降溫的過(guò)程中,對(duì)混凝土內(nèi)外溫差進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)模糊控制器,與大體積混凝土溫度控制的3項(xiàng)控制指標(biāo)的警戒值進(jìn)行比較,并由模糊控制器決策,發(fā)出是否調(diào)整降溫水水溫以及調(diào)整多少的指令,施工人員根據(jù)指令進(jìn)行施工,從而達(dá)到有效控制大體積混凝土冷卻水降溫的關(guān)鍵因素,避

20、免因混凝土溫度應(yīng)力過(guò)大而造成混凝土開(kāi)裂11。為精確地進(jìn)行混凝土的溫度控制,將溫度控制分為兩個(gè)階段:一是升溫階段;二是降溫階段。3.2.3輸入、輸出向量的確定及模糊化在升溫階段,設(shè)定混凝土內(nèi)外溫差和冷卻水水溫為輸入變量,冷卻水調(diào)溫幅度為輸出變量。在降溫階段,設(shè)定混凝土內(nèi)外溫差、冷卻水水溫和降溫速率為輸入變量,冷卻水調(diào)溫幅度為輸出變量。輸入變量的隸屬度函數(shù)均取為柯西型分布, 輸入變量分別設(shè)為“小”、“中”“大”三種描述.輸出變量(調(diào)溫幅度)其隸屬函數(shù)取為三角形分布,其語(yǔ)言值取“減溫”、“正中”、“增溫”三種描述.根據(jù)大體積混凝土溫升特點(diǎn)和冷卻水降溫施工工藝,分別建立混凝土升溫階段和降溫階段的模糊控

21、制系統(tǒng)。圖2 升溫階段模糊控制器圖3 降溫階段模糊控制器3.2.3模糊算法器的生成模糊算法器由模糊控制規(guī)則與模糊算法構(gòu)成，其中模糊控制規(guī)則是控制經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),它由若干模糊條件語(yǔ)句構(gòu)成12.針對(duì)大體積混凝土溫度控制特點(diǎn),分別建立混凝土升溫階段和降溫階段的模糊控制規(guī)則。3.2.4控制效果模糊控制系統(tǒng)能對(duì)大體積混凝土溫度進(jìn)行有效控制,進(jìn)而有效地控制其溫度應(yīng)力,避免出現(xiàn)混凝土開(kāi)裂。雖然在實(shí)際工程施工時(shí)未采用模糊控制,并取得了較好的控制效果,然而這一切都是建立在施工人員工程經(jīng)驗(yàn)較為豐富,且本工程的溫控并不復(fù)雜的基礎(chǔ)上。而對(duì)于復(fù)雜的工程,如水利工程的混凝土大壩、大型的設(shè)備基礎(chǔ)等,影響混凝土溫度的各種因素較多

22、,因而更難于進(jìn)行人工控制。將模糊控制系統(tǒng)應(yīng)用于大體積混凝土溫度控制,為解決大體積混凝土裂縫控制,特別是復(fù)雜工程的大體積混凝土裂縫控制問(wèn)題提供了新的思路和途徑。4 溫度控制方法的總結(jié)通過(guò)模糊控制在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用相關(guān)文獻(xiàn)的查找和總結(jié)，得出溫度控制的方法總體有三類(lèi)：定值開(kāi)關(guān)控制，PID控制和智能控制。根據(jù)不同控制方法的研究可以得出結(jié)論：定值開(kāi)關(guān)控制控制效果最差；PID控制是生產(chǎn)過(guò)程中最普遍采用的控制方法，但是常規(guī)PID控制器存在參數(shù)整定不良、控制性能欠佳且適應(yīng)性較差等缺點(diǎn)。相比之下，模糊控制具有快速的響應(yīng)能力，而且模糊PID控制通過(guò)實(shí)時(shí)的整定PID的三個(gè)參數(shù)可以使控制系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)能力和很

23、小的超調(diào)。而通過(guò)其他的智能控制，如模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，盡管控制結(jié)構(gòu)和控制算法較復(fù)雜，但控制性能卻非常好。參考文獻(xiàn)1 Matsuda K , Tamura N , Konishi, etal . Application of Artificial Intelligence to Operation Control of Kobe No 13 Blast Furnace1 Proceed Ings of the sixth International Iron and Steel Congress, 1990, N ago y a, S1J , 1 7 .2 李俊.智能控制中模糊控制的應(yīng)用與發(fā)展.自動(dòng)化與儀表, 2000, ( 1) : 13.3