反应釜温度智能控制系统设计——硬件部分.docx

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1、毕业设计说明书word 格式支持编辑，如有帮助。反响釜温度智能掌握系统设计硬件局部学生姓名： 学院：专业： 指导教师：潘致堂学号：02信息与通信工程学院自动化孟江2023 年 3 月I支持编辑，如有帮助。word 格式支持编辑，如有帮助。反响釜温度智能掌握系统设计硬件局部摘要：温度是生产过程和科学试验中普遍存在的物理参数 ，化学反响釜的温度掌握精度 、系统响应速度及稳定度是衡量温控系统性能指标的关键因素 ，准确掌握釜内温度对在不同温度下进展化学反响具有重要的意义。通常的反响釜容量大，其内部化学反响机理简单， 反响系统具有较大的时变性、非线性和时滞性，被控对象繁多，经典掌握理论和现代掌握理论的最

2、优掌握难以应用在反响釜的掌握上。本文对反响釜的温度掌握进展了分析，给出了冷剂流量对反响釜内温度的传递函数，设计了对反响釜冷热剂掌握来实现反响釜温度智能掌握系统具体电路。在掌握方法上，通过单片机，承受了模糊掌握的方法，并给出了具体的分析步骤和掌握算法。关键词：反响釜 单片机 温度掌握 模糊掌握II支持编辑，如有帮助。word 格式支持编辑，如有帮助。The reaction kettel temperature intelligent control system design-hardware partsAbstract: The temperature is the production p

3、rocess and scientific experiments are common in the physical parameters, chemicalreaction kettle temperature controlprecision, system response speed and stability of temperature control system is the measure of the performance indexes of key factors, the accurate control of the temperature in differ

4、ent kettle for chemical reaction temperature is of great significance. Usually the reaction kettle capacity, its internal chemical reaction mechanism complex, reaction system has a larger time-varying, nonlinear and time lag, the controlled object is various, classical control theory and modern cont

5、rol theory, the optimal control can not be used in the reaction kettle control.In this paper, the reaction kettle temperature control are analyzed, the cold agent for the reaction kettle flow within the transfer function of temperature, the design of cold and heat reaction kettle agent control to ac

6、hieve the reaction kettle temperature concrete circuit intelligent control system. In the control method, through the single-chip microcomputer, the fuzzy control method, and gives a detailed analysis of the steps and control algorithm.Key words: ReactorSingleChip ComputerTemperature ControlFuzzy-Co

7、ntrolIII支持编辑，如有帮助。目录1 绪论错误!未定义书签。1.1 反响釜温度智能掌握器争论与开发的背景和意义错误!未定义书签。1.2 反响釜温度掌握技术的现状错误!未定义书签。2 反响釜的过程分析错误!未定义书签。2.1 反响釜的根本构造错误!未定义书签。2.2 反响釜的工作原理错误!未定义书签。2.3 反响釜的掌握方案错误!未定义书签。2.4 反响釜的动态特性错误!未定义书签。2.4.1 根本方程错误!未定义书签。2.4.2 根本方程的线性化错误!未定义书签。2.5 论文的争论内容错误!未定义书签。3 掌握方案确实定错误!未定义书签。3.1 总体掌握方案确实定错误!未定义书签。3.2

8、 模糊掌握器设计错误!未定义书签。3.2.1 模糊掌握器简述错误!未定义书签。3.2.2 模糊掌握器的设计错误!未定义书签。4 硬件电路设计错误!未定义书签。4.1 系统硬件构成错误!未定义书签。4.2 电源电路错误!未定义书签。4.3 过零检测电路错误!未定义书签。4.4 基于DSL8820的多传感器测温电路错误!未定义书签。4.4.1 DSl8820的性能特点错误!未定义书签。4.4.2 DSl8820内部构造简介错误!未定义书签。4.5 D/A转换及输出电路错误!未定义书签。4.5.1 MAX518与I2C总线错误!未定义书签。4.5.2 电压放大电路13错误!未定义书签。4.5.3 V

9、/I转换电路错误!未定义书签。4.6 单片机人机交互错误!未定义书签。4.6.1 键盘接口电路错误!未定义书签。4.6.2 显示接口电路错误!未定义书签。5 掌握系统的软件设计错误!未定义书签。5.1 主程序设计错误!未定义书签。II5.2 键盘中断效劳子程序错误!未定义书签。5.3 定时器1中断效劳子程序错误!未定义书签。5.4 温度采集子程序错误!未定义书签。5.4.1 DSl8820温度转换子程序错误!未定义书签。5.4.2 读DSl8820温度子程序错误!未定义书签。5.5 掌握量输出子程序错误!未定义书签。5.6 模糊掌握算法子程序21错误!未定义书签。6 结论错误!未定义书签。参考

10、文献错误!未定义书签。附录A 反响釜温度智能掌握系统设计总电路图错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。1 绪论1.1 反响釜温度智能掌握器争论与开发的背景和意义反响釜是化工生产过程中的关键设备之一，同时也是主要的能耗设备，它具有非线性、时变、大滞后等特性，是一个涉及多种因素的简单系统。产品的质量在很大程度上取决于工艺参数(主要是温度、压力)的掌握。因此，设计在线掌握手段，保证物料在加工过程中的温度和压力变化符合抱负的工艺曲线，将大大提 高产品的质量和产量，到达优质、稳定、牢靠和节能降耗的目的。从而提高生产率，增加企业的经济效益。在我国，由于大中城市科学技术和工业自动化的进展步伐较快，近年来一

11、些生产规模不大，技术相对落后，而具有肯定危急性的化工生产工程转移到农村和小城市，并常有反响釜爆炸、起火等安全事故发生，因此对反响釜智能化检测和掌握装置的呼声日益增高。从长远来说，由于很多化学工业、生物制药工业又有规模小、产品更换代快的特点，使得多数小规模反响釜生产方式将长期存在下去。由于各种化学反响过程差异大， 对现在的多数的反响釜而言，缺少成熟、通用、制式化的智能掌握设备。因此有必要研制适合于小规模反响釜的低本钱、掌握简便的温度智能掌握器。1.2 反响釜温度掌握技术的现状自上世纪 70 年月以来，由于工业过程掌握的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛进展以及自动掌握理论和设计方法进展的

12、推动下，国外温度掌握系统进展快速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，以美国、德国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度掌握器及仪器仪表，并在各行业广泛应用1。它们主要具有如下的特点：(1) 适应十大惯性、大滞后等简单温度掌握系统的掌握。(2) 能够适应于受控系统数学模型难以建立的温度掌握系统的掌握。(3)能够适应于受控系统过程简单、参数时变的温度掌握系统的掌握。(4) 这些温度掌握系统普遍承受自适应掌握、自校正掌握、模糊掌握、人工智能等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围广泛。(5) 普遍温控器具有参数自整定功能。借助计算机软件技术，温控器具有

13、对掌握对象掌握参数及特性进展自动整定的功能。有的还具有自学习功能，它能够依据历史阅历及10掌握对象的变化状况，自动调整相关掌握参数，以保证掌握效果的最优化。6)温度掌握系统具有掌握精度高、抗干扰力强、鲁棒性好的特点。目前国内外较先进的化工过程监控装置根本上是应用各类传感器为检测敏感元件， 以单片微处理器为掌握器件，通过掌握搅拌器、电磁阀等执行器件实现容器内的温度、压强调整等目的2。2 反响釜的过程分析所谓过程系统是指争论一类以物质和能量转变为根底(即过程工业)的生产过程，争论这类过程的描述、模拟、仿真、设计、掌握和治理，旨在进一步改善工艺操作，提高自动化水平，优化生产过程，加强生产治理，最终显

14、著地增加经济效益。过程掌握的任务是在了解把握工艺流程和生产过程动态特性的根底上，依据生产对掌握提出的要求， 应用掌握制理论，设计出包括被控对象、调整器、检测装置和执行器在内的过程掌握系统，并对它进展分析和综合，最终承受适宜的技术手段加以实现。也就是说，过程掌握的任务是由掌握系统的设计和实现来完成的5 。2.1 反响釜的根本构造反响釜有间歇式和连续式之分。间歇反响釜通常用于液相反响，如多品种、小批量的制药、燃料等反响。连续反响釜用于均相和非均相的液相反响，如聚合反响等。本文使用的是间歇式反响釜。图 2.1 反响釜构造示意图反响釜的根本构造如图 2.1 所示。反响釜由搅拌容器和搅拌机两人局部组成。

15、搅拌容器包括简体、换热元件及内构件。搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。简体为一个钢罐形容器，可以在罐内装入物料，使物料在其内部进展化学反响。为了维持反响釜内的反响温度，需要设置换热元件。常用的换热元件为夹套，它包围在筒体的外部，用焊接或法兰连接的方式装设各种外形的钢构造，使其与容器外壁形成密闭的空间。在此空间通入冷却或加热介质，通过夹套内壁传热，可冷却或加热容器内的物料，介质的每秒流量受电磁阀的掌握。由于化学反响对反响物的纯度有肯定的要求，并且反响过程有可能产生剧毒、易燃、易爆的气体和物料，所以密封装置是反响釜必不行少的一局部。传动装置包括电动机、减速机、连轴器及机架。通过电

16、机驱动搅拌轴，带动搅拌器旋转，为物料的循环供给动力。罐顶和罐底分别装有加料口和出料口，分别用于往罐中参加物料和从罐中取走物料。为了测量釜内的温度，在罐内装有钢制的温度计套管，可将温度计或温度传感器放入其中。为了满足工艺的需要，还可以外接附件装置3。2.2 反响釜的工作原理在进展化学反响之前，先将反响物依据肯定的比例进展混合，然后与催化剂一同投入反响釜内，在反响釜的夹套中通以肯定的高压蒸汽，高压蒸汽通过反响釜的夹套 提高釜内物料的温度，通过搅拌器的搅拌使物料均匀并提高导热速度，使其温度均匀。当釜内温度到达预定的温度时，保持肯定时间的恒温以使化学反响正常进展，反响完毕后进展冷却。有时在恒温后还要进

17、展二次升温顺恒温。恒温段是整个工艺的关键，假设温度偏高或偏低，会影响反响进展的深度和反响的转化率，从而影响了产品的质量。化学反响过程中一般伴有猛烈的放热效应，并且反响的放热速率与反响温度之间是一种正反响自激的关系。也就是说，假设某种扰动使反响温度有所增加，反响的速率就会增加，放热速率也会增加，会使反响温度进一步上升，甚至会引起“聚爆”现象使釜内的产品变成废品，并且会影响安全生产。为了使釜温稳定，在夹套中通以肯定的冷却介质，来移走反响放出的多余热量。通过调整流入反响釜夹套中冷却介质的流量，来掌握反响釜内物料的温度使之符合工艺要求4。2.3 反响釜的掌握方案在设计反响釜智能掌握器时有必要弄清反响釜

18、的掌握目标和可能的掌握手段。关于掌握指标可以从以下几个方面考虑。（1） 掌握指标依据反响釜及其内在进展的反响的不同，其掌握指标可以选择反心转化率、产品的质量、产量等直接指标，或与它们有关的间接工艺指标，如温度、压力、粘度等。（2） 物料平衡对于反响釜来说，从稳定角度动身，流入量等于流出量，如属可能需常常对主要物料进展流量掌握。另外，在有一局部物料循环系统内应定时排放或放空系统中的惰性材料。（3） 能量平衡要保持反响釜的热量平衡，应使进入反响器的热量与流出的热量及反响生成热之间相互平衡。能量平衡掌握对反响釜来说至关重要，他打算了反响釜的安全生产，也间接保证反响釜的产品质量到达工艺要求。（4） 约

19、束条件与其它化工操作设备相比，反响釜操作的安全性具有更重要的意义，这样就构成了反响釜掌握中的一系列约束条件。例如，不少具有催化剂的反响中，一旦温度过高或反响物中含有杂质，将会导致催化剂的破损和中毒：在有些氧化反响中，反响物的配比不当会引起爆炸等等。因此，在设计中常常配置报警或自动选择性掌握系统。（5） 质量掌握通过上述掌握，保证反响过程平稳安全进展的同时，还应使反响到达规定的转化率， 或使产品到达规定的成分，因此必需对反响进展质量掌握。质量指标的选取，即被控变量的选择可分为两类：取出料的成分或反响的转化率等指标作为被控变量；取反响过程的工艺状态参数间接质量指标作为被控产量6。反响釜掌握指标的选

20、择是反响釜掌握方案设计中的一个关键问题。反响釜的掌握指标主要是反响的转化率、产量、收率、主要产品的含量和产物分布等。假设直接把这些指标作为被控对象，反响要求就得到了保证。但是，这些指标人多是综合性指标，无法测量，有些是成分指标，但也缺少测量手段，或者测量滞后大，精度差，不宜作为被控变量。在反响过程中，温度和上述指标亲热相关，又便于测量。所以，本文将温度作为被控量。冷却剂的变化影响热量移走的大小，因此，常需稳定其流量或压力。由于冷却剂往往作为温度掌握的操纵变量，因此，一般对它们的流量进展掌握。本文就是承受这样的掌握方案。前面已提到了，在恒温过程中，通过在夹套中通以冷却介质来吸取多余的反响热， 冷

21、却介质的流量是通过调整阀的开度来掌握的，方案如图 2.1 所示。由于冷却介质的流量相对较少，釜温与冷剂温差较大，当内部温度不均匀时，易造成局部过热或过冷。为了解决这个问题，本文在反响釜内部不同位置放置多个数字温度计来测量反响釜内部的温度，通过釜内各点温差来调整搅拌速度。在局部温差较大时， 通过提高搅拌速度来加快传热，以保证釜内温度的均匀。本文设计了一个相对独立的掌握回路。回路以釜内平均温度为输入量以冷却介质阀门的开度为输出量。2.4 反响釜的动态特性2.4.1 根本方程对间歇式反响釜，化学反响中热量平衡关系为： (反响系统内累积热量)=(反响系统内反响放出热量)+(通过间壁传入反响系统热量)。

22、假设反响釜和夹套的容积和密度都保持不变，无视热交换过程中的热量损失，可得以下方程反响釜内温度与热量平衡方程为6 dT MCAP dt = V - DH r(CR,T ) + UATRC- T (12)式中， Cp反响釜内反响物比热； CA反响釜内反响物浓度； M 反响物总质量；VR 反响器容积；U反响釜间壁的总传热系数；AR反响釜间壁的传热面积；T反响釜内温度；TC 冷却介质出口温度；DH 摩尔反响热(吸热为正，放热为负)。夹套内温度与热量平衡方程为8 dT ()CV r C = Wr CT- T+ UA(T - TC)C CPC dt CPCHCR(13)式中，VC夹套内冷却介质的容积；rC

23、 夹套内冷却介质的密度；CPC 夹套内冷却介质的比热；W冷却介质的流量；AATH 冷却介质的入口温度。化学反响速度 r(CA，T)为r(C,T )= kC= k exp -0E CRT A1.4将式(17)代入(15)，可得PdT = (-DH )VR k dtMC0exp -E UAR+CRT AMCP(- T )T(15)C由式(16)得(dTWC =T- T )+UAR(T - T )dtVHCVCC CCrPC(16)2.4.2 根本方程的线性化式(18)和式(19)是表示反响釜温度动态特性的根本方程，均为非线性方程。为了便于应用线性掌握理论来分析小扰动下的动态特性，对式 (17)和式

24、(18)进展线性化(在写增量方程时，为简化写法, D 一律从简，各变量上方的“”表示稳态值)，可得以下矩阵形式的线性方程(2.1)式中， 其中，x = Ax + Bu(17)2.5 论文的争论内容反响釜的温度掌握是化工生产过程的中心环节，目的是保证反响过程的产物到达肯定的质量和掌握要求，并确保反响的安全进展。反响器的工艺指标多为转化率以及产品的质量、产量等，其值主要取决于产品混合物中各组成局部的量的浓度，所以最直接的掌握系统是以产物浓度为被控变量。但由于无有用的在线和采样问题不易解决， 所以选用温度为间接参数是最有效的方法19。因此本课题的主要任务之一就是要实现反响釜温度的智能掌握。要实现温度

25、的准确掌握，就要有准确的温度传感器，本文承受单线芯片 DSl8820 数字温度计实现多点温度采集，其测温精度可到达 0.0625。掌握方法上承受模糊掌握。反响釜内的温度有肯定的限制，在开头阶段，由于温度低于设定的反响温度，需要通过电磁阀给反响釜的夹套通以蒸汽，当温度接近给定值时，釜内的原料进展反响，并释放出反响热，使釜内的温度上升较快。当温度超过给定值时，化学反响速度快速提高， 釜内的温度急剧上升，此时，需要通过阀对反响釜的夹套通以冷却介质，对反响釜进展降温，从而使釜内温度稳定存给定值，保证生产的顺当进展。作为智能掌握器，人机交互即人机界面是必不行少的。本掌握器通过 LED 显示屏来实现显示功

26、能，同时可以通过键盘来实现工况、反响釜内要到达的温度和定时时间的设定。系统的软件设计承受了构造化的设计方法，主要有主程序模块、温度采集模块、键盘中断处理模块、定时器中断处理模块、输出掌握模块、掌握算法模块以及相应的显示模块，同时还运用了一些软件抗干扰措施。3 掌握方案确实定3.1 总体掌握方案确实定依据对反响釜的特性分析可知，反响釜的温度对化学反响有很大的影响。我们在分析对象特性时，做了很多的假设，对方程进展了近似处理。事实上，反响釜反响过程简单，掌握难度大，系统中存在着随机性和时变性，求取其数学模型格外困难。本文承受反响釜的温度作为被控对象，反响釜的温度掌握与一般的过程工业相比，主要有以下几

27、个方面的特点：(1) 时滞性和惯性很大。由于反响釜的热容量大，且反响釜与外界热交换主要靠反响釜的夹套进展传热，釜内物料与夹套内的冷却介质的热交换也需要时问，导致系统表现出很大的时滞性和惯性。(2) 时变性。反响釜内的温控特性主要取决于化学反响的剧烈程度，而整个生产过程从起始升温、中间恒温到最终的降温，对象具有明显的时变性。并且，就某一个具体的阶段而苦，由于化学反响的速度不稳定，导致过程的增益、惯性时间和滞后也会发生相应的变化。(3) 过程不稳定。本反响釜内的化学反响为放热反响，温度越高反响越猛烈，放热也越多，存在正反响，是不稳定过程。(4) 干扰因素很多，主要有： a总管蒸汽压力和冷却水压力不

28、稳定，而不同压力时的加热或冷却效果相差很大，给温度掌握带来很大的扰动。b每批物料的成分和质量不行能完全一样，在反响过程中表现出的特性也就有所 区分，有时甚至差异很大。针对被控对象的上述特点，应选择合理的掌握方案，针对被控对象的时变性和大时滞性，应综合考虑系统的鲁棒性和快速性的要求，提高测量精度和测量稳定性，最终设计和开发出牢靠性、稳定性好、系统性价比高的掌握器。我们知道，无论是以传递函数为核心的经典掌握理论，还是以最优掌握理论为核心的现代掌握理论，应用它们解决自动掌握的实际问题时，都先假设被控对象的特性是线性的或近似线性的，并且己知描述被控对象特性的某种形式的数学模型，如微分方程、传递函数、状

29、态方程等9。由前述可知，本系统的传递函数是由反响釜内的物料、状态以及反响釜的各个参数打算的，随着物料或者反响釜参数的变化，传递函数也会发生变化，即其传递函数是多变的。所以经典掌握理论和现代掌握理论的最优掌握难以应用在反响釜内的化学反响上，而模糊掌握的优点是不需要把握受控对象的准确数学模型，依据人工掌握规章组织掌握决策表，并且规章可以通过学习不断更，对被控对象参数的变化和干扰具有较强的鲁棒性，对噪声干扰具有较强的抑制力量，正适合于这种模型未知或多变的掌握系统。本文承受了模糊掌握方法，使系统具有模糊掌握敏捷而适应性强的优点，使被控变量具有良好的动态特性和静态特性。3.2 模糊掌握器设计3.2.1

30、模糊掌握器简述模糊自动掌握是以模糊集合化，模糊语言变量及模糊规律推理为根底的一种计算机数字掌握。从线性掌握与非线性掌握的角度分类，模糊掌握是一种非线性掌握；从掌握器的智能性看，模糊掌握属于智能掌握的范畴，而且它已成为目前实现智能掌握的一种重要而有效的形式。本节主要争论模糊掌握系统的组成，模糊掌握根本原理和设计方法。图 31 模糊掌握原理框图模糊掌握原理框图如图 3.1 所示，它的核心局部为模糊掌握器，如图中虚线框所示。模糊掌握器的掌握规章由计算机的程序实现，微机通过采样猎取被控量的准确值，然后将此值与给定值比较得到偏差 e 和偏差变化 ec。然后把偏差 e 和偏差变化 ec 进展模糊化变成模糊

31、量 E 和 EC，E 和 EC 可用相应的模糊语言变量表示。至此，得到了偏差 e 和偏差变化 ec 的模糊语言集合的子集 E 和 EC。再由 E、EC、和模糊掌握规章 R(模糊关系)依据推理合成规章进展决策，得到输出量的模糊掌握量 U。为了对被控对象施加准确的掌握，还需将模糊量 U 转换为准确量，这一步在图上称为解模糊(亦称为去模糊化或清楚化)，得到准确的数字量。得到准确的数字量后，经过 数模转换(上图中未画出)，变为准确的模拟量后送给执行器，对被控对象进展掌握。综上所述，模糊掌握器的设计包括以下几项内容：(1) 确定模糊掌握器的输入变量和输出变量(即掌握量)。(2)设计模糊掌握器的掌握规章。

32、(3) 进展模糊化和去模糊化又称清楚化的方法。(4) 选择模糊掌握器的输入变量及输出变量的论域并确定模糊掌握器的参数量化因子，比例因子。(5) 编制模糊掌握算法的应用程序。(6) 合理选择模糊掌握算法的采样时间。下面将具体介绍一下本论文模糊掌握器的设计10。3.2.2 模糊掌握器的设计3.2.2.1 模糊掌握器的构造设计模糊掌握器的构造设计是指确定模糊掌握器的输入变量和输出变量。模糊掌握器输入和输出变量的选择在很大程度上受手动掌握的影响。依据输入变量的个数，模糊掌握器有一维、二维和多维之分。一维模糊掌握器的输入变量只选一个误差，它的动态掌握性能不佳。从理论上讲，模糊掌握器的维数越高，掌握越精细

33、。但是维数过高，模糊掌握规章变得过于简单，掌握算法的实现相当困难。因此，人们广泛设计和应用一维模糊掌握器。本文也承受二维模糊掌握器，将设定温度和实际温度的偏差 e 和偏差的变化 ec 作为输入变量，e 和 ec 可按 F 式求得P (n)= r (n)-y(H )(21)ec(n) = e(n) - e(n -1)(22)式中,r(n)设定温度;y(n)实际温度;e(n)第 n 次采样时刻温度偏差的准确值； ec(n)第 n 次采样时刻偏差变化的准确值。e 和 ec 经过模糊化后分别为模糊变量 E 和 EC。经模糊推理后的输出量为 u，解模糊后对应的准确量为冷却介质阀门开度的变化量 u。由此，

34、本论文中的模糊掌握器设计可分为三个步骤：准确量的模糊化、模糊掌握规章的设计和输出量的模糊判决11。3.2.2.2 准确量的模糊化在确定了模糊掌握器的构造之后，就需要对输入量进展采样、量化并模糊化。将准确量转化为模糊量的过程称为模糊化(Fuzzification)，或称为模糊量化14。计算机输出的掌握量均为准确量，需经过模糊化处理，变为模糊量，以便实现模糊掌握。模糊掌握器的输入变量 e、ec 的实际变化范围以及被控对象实际所要求的掌握量 u 的变化范围称为这些变量的根本论域。而模糊掌握器的输入变量 e、ec 以及输出掌握 u 所取模糊子集的范围称为这些变量的论域。设偏差 e 的根本论域为-xe,

35、 +xe，偏差变化 ec 的根本论域为-xec，+xec。设偏差变量所取的模糊了集的论域为-n，-n+1，0，n-l，n，偏差变化所取的模糊了集论域为-m，-m+1，0，m-l，m。为了进展模糊化处理，必需将输入变量从根本论域转换到相应的模糊集的论域，这需将输入变量乘以相应的量化因了。偏差的量化因子 K，及偏差变化的量化因子 Ke，分别由下面两个公式来确定Ke = n xe(23)Kec = m xec(24)量化因予 Ke 及 Kec 的大小对掌握系统的动态性能影响很大。从理论上讲，Ke 增大， 相当于缩小了偏差的根本论域，增大了偏差变量的掌握作用，虽然能使上升时间变短， 但由于超调大，使得

36、系统的过渡过程变长。Kec 对超调的遏制作用格外明显，Kec 选择越大系统超调越小，但系统的响应速度变慢。en 和 m 的取值与掌握精度有关，它们的值取得越大，意味着掌握精度越高，但假设取得过大，会增加掌握器的简单程度。经综合考虑后，本文取 n=6，m=6。偏差变化承受限幅的方法，设定偏差 e 的变化范围为-15，+15，即偏筹确定值超过 15 的依据 15 计算，即|x |=15，取偏差变化 ec 的变化范围为-3，+3，即 xec=3。依据式(23)和式(24) 可得 Ke=0.4，Kec=2。对于第 n 次采样时刻温度偏差的准确值 e(n)和第 n 次采样时刻偏差变化的准确值ec(n)，

37、分别乘以相应的量化因子即可转换为对应的模糊论域中，假设转化后的值不是整数，承受四舍五入的方法就近取整12。3.2.2.3 模糊掌握规章的设计掌握规章的设计一般包括三局部内容：选择描述输入输出变量的词集，定义各模糊变量的模糊子集及建立模糊掌握器的掌握规章。3.2.2.3.1 输入输出变量的词集模糊掌握器的掌握规章表现为一组模糊条件语句，在条件语句中描述输入输出变量状态的一些词汇(如“正大”、“负小”等)的集合，称为这些变量的词集(也称变量的模糊状态)。实际应用中，一般都选用“大、中、小”三个词汇来描述模糊掌握器的输入、输出变量的状态。选择的较多的词汇描述输入.输出变量，可以是制定的掌握规章便利，

38、但是掌握规章相应变得简单。相反，假设词汇选的过少，使得描述变量变得粗糙，导致掌握器性能变坏。本文把偏差 E、偏差变化量 EC 和输出量 U 的模糊状态选为以下七个词汇，即负大、负中、负小、零、正小、正中、正大NB，NM，NS，O，PS，PM，PB其中 N=Negative，B=Big，M=Middle，S=Small，0=0，P=Positive。描述输入、输出的词汇都具有模糊性，可用模糊集合来表示，因此，模糊概念确实定问题就直接转化为求取模糊集合隶属函数的问题。3.2.2.2 输出量的模糊判决模糊掌握器的输出是一个模糊集，他包含掌握量的各种信息，但被控对象仅能承受一个准确的掌握量，应从中选择

39、那一个掌握量施加到被控对象中去呢？这就要进展模糊判决，把模糊两转化为准确量。把模糊量转化为准确量的过程称为清楚化，又称为去模糊化，或称为模糊判决。模糊判决的方法有很多，常用的方法有重心法、最大隶属度法、系数加权平均法、以及中位数法等。最大隶属度法简洁易行，使用便利，算法实时性好，具体做法是在推理结论的模糊集合中选取隶属度最大的元素作为准确掌握量。由前述己知，模糊关系R 是一个浩大的矩阵。对于实时掌握系统，要求实时性好， 不允许过长的计算时间。假设对于每一次输入，部依据U=(E-EC)oR 计算输出量的模糊子集，在实时掌握系统中是不行行的。为了解决上述问题，可以承受查表的方法，即事先把模糊关系矩

40、阵 R 离线计算好，写成模糊掌握表 3.1。在实际使用时，只要依据输入量查表就可以得到准确的输出量。表 3.1 模糊掌握表-6EC-5-4-3-2-10123456UE-66666666442000-56666666442000-46666654433000-36666555320-1-1-1-24444432100-1-1-1-14444321000-2-2-204443320-1-1-1-3-3-31111100-1-1-3-3-3-3-321110-1-1-3-3-4-4-4-4-430000-2-2-2-6-6-6-6-6-64000-3-3-4-4-5-6-6-6-6-65000-2

41、-4-4-5-5-6-6-6-6-66000-2-4-4-6-6-6-6-6-6-6对于上述的模糊掌握器的模糊掌握表由输入输出变量及其论域和模糊变量的赋值表打算,一旦模糊掌握表确定之后，模糊掌握器的掌握规章就确定下来了。为了使本掌握器能适应不同掌握系统的要求，本文在上述根底上承受了基于规章修改的自适应模糊掌握。3.2.2.3 基于规章修改的自适应模糊掌握器基于规章修改的自适应模糊掌握器指的是，它的掌握规章可以随它所掌握的运行和环境的变化而自动地修改。基于规章修改的自适应模糊掌握器由多种类型，本文承受的是带自调整函数的模糊掌握器14。首先引入一个算子，表示取一个与 n 同号且最接近于 n 的整数

42、，即：int(a) +1a = aint(a) -1a为大于零的非整数时a为整数时a为小于零的非整数时(2.5)基于规章修改的自适应模糊掌握器是通过在掌握中给偏差E 和偏差变化EC 加上肯定的权系数来对模糊掌握规章进展修改的。但是，模糊掌握系统在不同的状态下，对掌握规章中偏差 E 和偏差变化 EC 的加权程度有小同的要求。因此，假设想要取得较抱负的掌握特性，就要在不同的掌握阶段对偏差E 和偏差变化 EC 加不同的权系数，但这样掌握起来就比较麻烦，并且加权系数的选择在很大程度上依靠于工作阅历或需要出试验调试确定。假设将调整因子变为多种形式的调整函数，就可以进一步改善模糊掌握的功能。带自调整函数的

43、模糊掌握器就是基于这种想法而产生的。常用的带自调整函数的模糊掌握器的调整方法有修正函数法、 a(t)调整函数法和智能权函数法。本文承受的是智能权函数的方法，它的突出特点是权函数仅是输入变量的函数，具有仿人智能的掌握策略。EE + EC对二维模糊掌握系统而言，当系统偏差大时，掌握系统的主要任务足消退偏差，应对偏差的作用赐予较大的加权，偏差越大，加权也越大；反之，当偏差变化相对较小时， 此时系统已接近稳定，掌握系统的主要任务是使系统尽快稳定，需要对偏差变化加权大些。依据上述，利用偏差及偏差变化本身确实定值作为自身的加权是可取的，同时在满足二者加权之和应等于 l 的条件下，偏差的权函数及偏差变化的权函数分别设计为：ae =ECE + ECaec=( 2.6)(2.7)式中，E 及 EC 分别是偏差及偏差变化的模糊量，明显满足ae + aec = 1的条件。依据上述设计智能权函数分别对两个输入量加权，可得到如下模糊掌握规章：ECE + ECU = U 0+ DU(2.8)EE + EC