基于LabVIEW的灰水模糊控制系统的设计.docx

基于LabVIEW的灰水模糊控制系统的设计ronggang导语：介绍了基于LabVIEW的模糊逻辑工具箱FuzzyLogicforGToolkit的使用方法，并利用它设计出模糊控制器。结合LabVIEW开发平台，设计出灰水pH模糊控制系统，实现了对灰水pH的有效控制摘要:目前燃煤火电厂外排灰水普遍存在pH值超标的问题。针对控制经过的非线性、时变性、大滞后、多变量严密耦合的特点，采用模糊控制方案。介绍了基于LabVIEW的模糊逻辑工具箱FuzzyLogicforGToolkit的使用方法，并利用它设计出模糊控制器。结合LabVIEW开发平台，设计出灰水pH模糊控制系统，实现了对灰水pH的有效控制。关键词：模糊控制;LabVIEW;模糊逻辑工具箱;灰水pH目前，我国火力发电厂除灰方式主要采用水力除灰。煤灰中含有的活性氧化钙等碱性物质与冲灰水接触后，会溶于水中造成灰水pH值升高超标，治理的方法普遍采用加酸中和。由于中和经过的严重非线性、时间延迟及非参数模型使得采用常规的控制技术如PID对pH值进展精细控制难以获得理想效果，而对于这种非线性、强耦合、时滞大、难以建立准确数学模型的系统，采用模糊控制的方式可以获得较好的效果1。虚拟仪器是基于个人计算机的新一代虚拟测控仪器，它利用计算机显示器的显示功能模拟传统仪器的控制面板，以多种表达形式输出检测结果，利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理，由I/O接口设备完成信号的收集、测量与调理。LabVIEW是一个基于图形化编程的高效的专为科学家和工程师设计的虚拟仪器开发工具。这里以LabVIEW为开发平台，利用模糊逻辑工具箱快速、方便地设计出电厂灰水pH模糊控制系统。2.工艺流程及控制原理系统采用工控机控制方式，将收集到的灰水pH2信号和流量信号送入工控机，工控机再根据所设定的pH值控制范围计算出所需加酸量，并将其转换为420mA的调节信号送给信号转换器，以控制电磁计量泵的转速，实现加酸量的调整，进而到达灰场排水pH2值合格的目的。工艺流程及控制原理见图1。align=center图1系统工艺流程及控制原理/align3.软件设计工控机上运行虚拟仪器系统进展模糊控制，并显示监测灰水的瞬时流量和pH瞬时值。模糊控制器是整套系统的核心，下面重点介绍基于LabVIEW平台的模糊控制器的设计经过。3.1软件开发平台LabVIEW及其模糊逻辑工具箱LabVIEW是美国国家仪器公司NI开发的专为数据收集、仪器控制、数据分析与数据表达设计的图形化编程环境，面向测试工程师而非专业程序员，编程非常方便，人机交互界面直观友好，具有强大的数据可视化分析和仪器控制才能等特点。LabVIEW的模糊逻辑工具箱FuzzyLogicforGToolkit用于设计基于规那么的模糊控制器2，主要应用领域为工业经过控制及专家系统。它由4个子VI组成：模糊逻辑控制器设计VIFuzzyLogicControllerDesignVI它是一个在LabVIEW环境下独立运行的VI，由模糊隶属函数编辑器、模糊规那么库编辑器和输入输出性能测试三局部组成。它提供了友好的人机交互界面，用户可以直观方便地设计各种知足不同要求的模糊逻辑控制器。通过该VI设计好的模糊控制器，保存于后缀名为fc格式的数据文件中，用以被控制系统调用。加载模糊控制器VILoadFuzzyController该VI作为一个图形功能模块应用于框图程序中，并同模糊控制器VI连接。在程序开场运行时，它将存于后缀名为fc的数据文件中的控制参数加载到模糊控制器VI中。模糊控制器VIFuzzyController该VI是模糊控制器在LabVIEW中的实现者。它应用于LabVIEW的框图程序中，读取模糊控制器参数后，输出相应的结果。每个控制器输入量最多为四个，输出量为一个。测试模糊控制器VITestFuzzyControl主要用来测试模糊控制器的根本性能。3.2模糊控制器的设计一个典型的模糊控制器的实现需要解决以下问题：1模糊化，即隶属度函数的设定，包括隶属度函数的个数、外形、位置分布、互相重叠程度等;2控制规那么确实定;3模糊算法;4反模糊化3。模糊控制器采用“二输入一输出形式设计，输入变量为灰水pH2值检测值与合格灰水pH给定值的偏向e和偏向的变化率ec，输出变量为变频器频率的调整值u，对应的模糊语言分别为E、EC和U。输入输出变量的变化范围通过特定的映射规那么映射到-3，3区间上，分属于模糊集合负大，负中，负小，零，正小，正中，正大，7个模糊子集分别记为NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB。隶属度函数采用常用的三角形函数，用模糊逻辑工具箱中的模糊隶属函数编辑器可以很方便的设置各个语言变量及其隶属函数。总结工程人员的技术常识和实际操纵经历，并结合实验情况，整理出语言控制规那么表，如表1所示。运用模糊规那么库编辑器输入模糊控制规那么，对于每一条规那么的加权值都设置为缺省值1。整个模糊推理经过采用的是常用的Max-Min法，去模糊化的方法是重心法。表1模糊语言控制规那么表3.3模糊控制器的测试及仿真LabVIEW是一个虚拟仪器的图形化开发平台，它提供了大量的输入输出仪器面板，以及各种函数和信号发生器，可以很方便地输入输出各种数据和产生不同的模拟信号，而且它还有附加的各类软件包，如磁盘治理、自动测试、控制与仿真、信号处理、图形获得与处理、数值分析工具等，可对真实系统进展仿真。也可利用模糊逻辑控制器设计VI的输入输出性能测试功能和测试模糊控制器VI，直观地观察不同偏向和偏向变化率所得到的输出是否到达所需要求，验证控制规那么是否正确可靠，进而对模糊控制器进展修改和完善。测试完毕后将数据保存后缀名为fc格式的数据文件中。3.4系统的实现将设计好的模糊控制器通过加载模糊控制器VI和模糊控制器VI应用于LabVIEW的框图程序中，并根据系统需要实现的功能设计相应的仪表控制前面板和后台框图程序，图2所示为主要框图程序。设计完成的系统具有友好的人机界面，通过曲线形象的显示pH和流量的实时状态，而且还具有查询历史数据，进展大量的数据存储，声光报警提醒，打印报表等功能，还可以利用LabVIEW将控制界面发布到网络上，实现远程监控。align=center图2系统程序框图/align基于LabVIEW的灰水模糊控制系统充分利用了LabVIEW的开放性和图形化编程方式，发挥出了模糊控制鲁棒性强、动态响应好的特点，在实际应用中获得了较好的控制效果。LabVIEW是一种功能极为强大的虚拟仪器开发工具，以它为平台，可以方便、灵敏的开发出功能强大、性能优良的控制系统。利用LabVIEW模糊逻辑工具箱设计的模糊控制器无须建立被控对象数学模型，对被控对象的时滞性、非线性和时变性具有一定的适应才能,而且，设计经过非常方便快捷，能快速地应用到基于LabVIEW开发的各种工业经过控制及自动化软件中，为高效率开发模糊控制系统提供了新的途径。1肖丙雁.模糊控制机理在处理宝钢电厂冲灰水上的应用J.宝钢技术，2002，2：44-46.2FuzzyLogicforGToolkitReferenceManualEB.NationalInstruments,1997.3张建民，王涛，王忠礼等.智能控制原理及应用M.北京：冶金工业出版社，2003.