模糊自调整控制器的研究及应用
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摘要
本论文主要针对实际复杂工业对象中存在的非线性、不确定性、时变性等特点，提出了自调整因子模糊控制算法和自调整模糊PID控制算法，从而满足这些复杂工业过程的控制需要。因为模糊控制事先不需要获知对象的精确数学模型，而是基于人类的思维以及生产经验，用语言规则描述控制过程，并根据规则去调整控制算法或控制参数，同时上述两种控制算法又具有一定的自适应性，所以能实现对复杂工业过程的控制。
本论文对上述两种控制算法进行了分析和仿真研究，仿真结果表明，上述控制算法方案可行，效果良好；用VB6.0和VC++6.0分别制作这两种控制算法和作为对照的标准增量式PID算法的ActiveX控件，并嵌入监控组态软件中；用VB6.0直接编写DDE算法程序与监控组态软件进行通讯；用所制作的ActiveX算法控件和DDE程序分别实现了对过程监控水力模型试验装置的直接控制，结果表明自调整因子模糊控制算法和自调整模糊PID控制算法具有较好的控制效果和品质，因此可以预见到它们将具有广阔的发展前景和工业应用价值。
Because complex industry object has non-linearity, uncertainty and time-change, this paper puts forward self-tuning gene fuzzy controlling arithmetic and self-tuning fuzzy PID controlling arithmetic to satisfy demand of these complex industry processes. Because fuzzy control do not need to know accurate mathematic model of object, but is based on human thinking and producing experience; and because it applies language rule to describe controlling process and bases rule to modify the controlling arithmetic and parameter, at the same time these two mathematic has self-adaptability, they will realize production process control.
This paper researches self-tuning gene fuzzy controller arithmetic and self-tuning fuzzy PID controller arithmetic. The result of research shows that these two arithmetic is realizable and have good effect; Make these two arithmetic's ActiveX controllers and increment PID arithmetic ActiveX controller by VB6.0 and VC++6.0, and add them in configuration software; Write DDE program to realize communication with configuration software; Realize control of experimental equipment by these arithmetic controllers and DDE program. The result shows that self-tuning gene fuzzy controlling arithmetic and self-tuning fuzzy PID controlling arithmetic will have good
developing foreground and be widely used in industrial control.
本论文对上述两种控制算法进行了分析和仿真研究，仿真结果表明，上述控制算法方案可行，效果良好；用VB6.0和VC++6.0分别制作这两种控制算法和作为对照的标准增量式PID算法的ActiveX控件，并嵌入监控组态软件中；用VB6.0直接编写DDE算法程序与监控组态软件进行通讯；用所制作的ActiveX算法控件和DDE程序分别实现了对过程监控水力模型试验装置的直接控制，结果表明自调整因子模糊控制算法和自调整模糊PID控制算法具有较好的控制效果和品质，因此可以预见到它们将具有广阔的发展前景和工业应用价值。
Because complex industry object has non-linearity, uncertainty and time-change, this paper puts forward self-tuning gene fuzzy controlling arithmetic and self-tuning fuzzy PID controlling arithmetic to satisfy demand of these complex industry processes. Because fuzzy control do not need to know accurate mathematic model of object, but is based on human thinking and producing experience; and because it applies language rule to describe controlling process and bases rule to modify the controlling arithmetic and parameter, at the same time these two mathematic has self-adaptability, they will realize production process control.
This paper researches self-tuning gene fuzzy controller arithmetic and self-tuning fuzzy PID controller arithmetic. The result of research shows that these two arithmetic is realizable and have good effect; Make these two arithmetic's ActiveX controllers and increment PID arithmetic ActiveX controller by VB6.0 and VC++6.0, and add them in configuration software; Write DDE program to realize communication with configuration software; Realize control of experimental equipment by these arithmetic controllers and DDE program. The result shows that self-tuning gene fuzzy controlling arithmetic and self-tuning fuzzy PID controlling arithmetic will have good
developing foreground and be widely used in industrial control.
引文
[1] 诸静等著．模糊控制原理与应用[M]．北京：机械工业出版社，1995．
[2] 范影乐，杨胜天，李轶等著．MATLAB仿真应用详解[M]．北京：人民邮电出版社，2001，7．
[3] 程卫国．MATLAB5.3应用指南[M]．北京：人民邮电出版社，2000．
[4] 周有平，罗中良．模糊PID自整定控制方法[J]．西安航空技术高等专科学校学报，2001，3：43～45．
[5] 马国华．监控组态软件及其应用[M]．清华大学出版社．2001
[6] Greg Perry著 戴红，陈喆，姚娜译．学用Visual Basic6.0[M]．清华大学出版社，西蒙与舒斯特国际出版公司．1999
[7] 李海．Visual Basic编程晋级：ActiveX控件[M]．北京航空航天大学出版社．2000
[8] 邵惠鹤编著．工业过程高级控制[M]．上海交通大学出版社．1997
[9] 刘曙光，魏俊民，竺志超编著．模糊控制技术[M]．中国纺织出版社．2001
[10] 陶永华，尹怡欣，葛芦生编著．新型PID新型控制及应用[M]．机械工业出版社．1999
[11] 金以慧主编．过程控制[M]．清华大学出版社．1993
[12] 谢剑英，贾青编著．微型计算机控制技术(第3版)[M]．国防工业出版社．2001
[13] Davis Chapman著，骆长乐译．学用Visual C++6.0[M]．清华大学出版社，西蒙与舒斯特国际出版公司．1999
[14] 王慧主编．计算机控制系统[M]．化学工业出版社．2000
[15] Ash Rofail Yasser Shohoud著．邱仲潘等译．COM与COM+从入门到精通[M]．电子工业出版社．2000
[16] 闻新，周露，李东江，贝超编著．MATLAB模糊逻辑工具箱的分析与应用[M]．科学出版社．2002
[17] 赵文峰等编著．控制系统设计与仿真[M]．
[18] Tom Armstrong Ron Patton著．董梁，丁杰，李长业等译．ATL开发指南[M]．电子工业出版社．2001
[19] 陈桂明，张明照，戚红雨，张宝俊编著．应用MATLAB建模与仿真[M]．科学出版社．2001
[20] David J. Kruglinski Scot Wingo著．希望图书创作室译．Visual C++6.0技术内幕(第五版)[M]．北京希望电子出版社．1999
[21] 黄忠霖编著．控制系统MATLAB计算机仿真[M]．国防工业出版社．2001
[22] 李人厚编著．智能控制理论和方法[M]．西安电子科技大学出版社．1999
[23] 苏金明，阮沈勇编著．MATLAB6.1实用指南(上册)[M]．电子工业出版社．2002
[24] 马兴义，杨立群，林敏，庞少华等编著．MATLAB6应用开发指南[M]．机械工业出版社．2002
[25] 吴勤勤主编．控制仪表即及装置[M]．化学工业出版社．1997
[26] 历玉鸣．化工仪表及自动化(工艺类专业适用)第二版[M]．化学工业出版社．1988
[27] 欧阳黎明编著．MATLAB控制系统设计[M]．国防工业出版社．2001
[28] David lseminger主编．宋丽红，叶小松等译．COM技术[M]．机械工业出版社．2002
[29] Timothy J．Ross著．钱同惠，沈其聪，葛晓滨等译．模糊逻辑及工程应用[M]．电子工业出版社．2001
[30] 薛定宇．控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言及应用[M]．清华大学出版社．1996
[31] 崔岩，周晓光．用VB制作ActiveX控件[J]．山东建材．2001(3)：10～11 高巍，王晓峰，宗学军．基于AxtiveX的VB数据库应用程序的开发[J]．2000总第49期：6～9
[32] 张波．Fuzzy-PID复合控制[J]．自动化与仪器仪表．2001(2)：21～23
[33] 毛彦科，费敏锐．Fuzzy ActiveX控件在工业控制软件中的嵌入技术研究[J]．机电一体化．25～27
[34] 李书臣，胡玉娥，赵检罗．PID参数模糊自适应控制器的设计[J]．仪表技术与传感器．2001(2)：39～41
[35] 李贻斌．模糊自调整PID控制器[J]．山东矿业学院学报院．1991．10(3)：307～310
[36] 姚康，杨新志，王艳．用DDE接口实现Kingview5.0组态软件环境下远程检测[J]．微机算计信息．2001：10～12
[37] 李卓，萧德云，何世忠．基于Fuzzy推理的自调整PID控制器[J]．控制理论与应用．1997．14(2)：238～243
[38] 陈颀．模糊—PID控制器的研究[J]．思茅师范高等专科学校学报．2000．16(3)：1～3
[39] 周有平，罗中良．模糊PID自整定控制方法[J]．西安航空科技高等专科学校学报．2001．19(1)：42～45
[40] 陈丽兰．模糊PID调节器的控制策略研究[J]．煤矿自动化．2001(2)：13～14
[41] 郑雪梅，姜成国，周广铭．模糊PID控制结构[J]．大庆石油学院学报．2000．24(3)：46～50
[42] 白瑞祥，薛薇．自校正PID控制器的优化设计[J]．天津轻工业学院学
报．1998(1)：17～21
[43] 姜平，汤敏．自整定PID控制的研究和实现[J]．南通工学院．2000．16(4)：15～16
[44] 王亚刚，邵惠鹤．自整定PID控制器的研究综述[J]．电气自动化．2000(1)：7～9
[45] 张巍．在线自调整模糊—PID控制器的设计[J]．自动化仪表．2000．21(9)：12～14
[46] 赵建华，沈永良．一种自适应PID控制算法[J]．自动化学报．2001．27(3)：417～420
[47] 王化祥，孙金刚，陈磊．一种新型模糊PID调节器的设计[J]．自动化仪表．2000．21(5)：8～10
[48] 高卫华，陈应麟．一种简单的PID型模糊控制器的参数调整方法[J]．测控技术．2000．19(11)：39～41
[49] 周先箴，赵金，万淑芸，王离九．一种简化的模糊PID控制器[J]．电气自动化．1999(4)：15～18
[50] 刘鸿雁，谢元旦，汪仁先．一种模糊PID控制器的鲁棒优化设计[J]．电气传动．2001(2)：20～22
[51] 吕忠来，侯媛彬．一种新的Fuzzy-PID复合控制方法[J]．煤矿自动化．1998(1)：14～15
[52] 况荣华，容太平．一种新型PID参数自适应模糊控制器[J]．华中科技大学学报．2001．29(6)：25～26
[53] 宋哲英，宋雪玲，刘朝英．应用MATLAB设计模糊控制系统[J]．计算机应用研究．2001：69～71
[54] 侯北平，卢佩，陈峰军．MATLAB下模糊控制器的设计与应用[J]．测控技术．2001(20)
[55] 梁永宏．ActiveX控件在工控软件中的应用[J]．计算机应用．2000(8)：55～56
[56] 胡如高，马欣，俞安然，李立新．常用控件算法的ActiveX[J]．自动化仪表．2000(10)12～14
[57] 黄傲，周一览．VB中ActiveX控件的设计[J]．微计算机应用．2000，21(1)：3～5
[58] 贺远华．基于MATLAB的参数自调整模糊控制系统的设计与仿真[J]．微计算机信息．2002(10)：10～12
[59] 谢书明，柴天佑．一种参数自适应模糊PID控制器[J]．信息与技术．1998．27(4)：255～259
[60] 方一鸣，焦晓红．基于MATLAB的模糊控制系统计算机仿真[J]．自动化与仪器仪表，2000(2)：19～21
[61] Maeda M and Murakami S A. Self-tuning Fuzzy Controller. [J] Fuzzy Sets and Systems. 1992, 51: 29-40
[62] Wang L X and Mendel J M. Fuzzy Basic Functions, Universal Approximation, and Orthogonal Least-Square Learning. [J] IEEE Trans. Neural Networks, 1991,3(5): 807-814
[63] Kong S G and Koska B. Adaptive Fuzzy Systems for Backing up a Truck and Trail. [J] IEEE Trans. Neural Networks 1992, 3(2): 211-223
[64] Lee C C. Fuzzy Control and Fuzzy Systems: Fuzzy Logic Controller, PartⅡ [J]. IEEE Trans. SMC. 1990, 20(2): 419～435
[65] A. Visioli. Tuning of PID controllers with fuzzy logic [J]. IEE Proc-Control Theory Appl., Vol.148, No.1, January 2001-8
[66] J. F. Whidbome and R. S. H. lstepanian. Genrtic algorithm approach to designing finite-precision controller structures [J]. IEE Proc-Control Theory Appl., Vol.148, No.5, September 2001
[67] 真确KS2000系列工业级测控模板——用户手册
[68] 组态王6.0使用手册．北京亚控科技发展有限公司．2001
[2] 范影乐，杨胜天，李轶等著．MATLAB仿真应用详解[M]．北京：人民邮电出版社，2001，7．
[3] 程卫国．MATLAB5.3应用指南[M]．北京：人民邮电出版社，2000．
[4] 周有平，罗中良．模糊PID自整定控制方法[J]．西安航空技术高等专科学校学报，2001，3：43～45．
[5] 马国华．监控组态软件及其应用[M]．清华大学出版社．2001
[6] Greg Perry著 戴红，陈喆，姚娜译．学用Visual Basic6.0[M]．清华大学出版社，西蒙与舒斯特国际出版公司．1999
[7] 李海．Visual Basic编程晋级：ActiveX控件[M]．北京航空航天大学出版社．2000
[8] 邵惠鹤编著．工业过程高级控制[M]．上海交通大学出版社．1997
[9] 刘曙光，魏俊民，竺志超编著．模糊控制技术[M]．中国纺织出版社．2001
[10] 陶永华，尹怡欣，葛芦生编著．新型PID新型控制及应用[M]．机械工业出版社．1999
[11] 金以慧主编．过程控制[M]．清华大学出版社．1993
[12] 谢剑英，贾青编著．微型计算机控制技术(第3版)[M]．国防工业出版社．2001
[13] Davis Chapman著，骆长乐译．学用Visual C++6.0[M]．清华大学出版社，西蒙与舒斯特国际出版公司．1999
[14] 王慧主编．计算机控制系统[M]．化学工业出版社．2000
[15] Ash Rofail Yasser Shohoud著．邱仲潘等译．COM与COM+从入门到精通[M]．电子工业出版社．2000
[16] 闻新，周露，李东江，贝超编著．MATLAB模糊逻辑工具箱的分析与应用[M]．科学出版社．2002
[17] 赵文峰等编著．控制系统设计与仿真[M]．
[18] Tom Armstrong Ron Patton著．董梁，丁杰，李长业等译．ATL开发指南[M]．电子工业出版社．2001
[19] 陈桂明，张明照，戚红雨，张宝俊编著．应用MATLAB建模与仿真[M]．科学出版社．2001
[20] David J. Kruglinski Scot Wingo著．希望图书创作室译．Visual C++6.0技术内幕(第五版)[M]．北京希望电子出版社．1999
[21] 黄忠霖编著．控制系统MATLAB计算机仿真[M]．国防工业出版社．2001
[22] 李人厚编著．智能控制理论和方法[M]．西安电子科技大学出版社．1999
[23] 苏金明，阮沈勇编著．MATLAB6.1实用指南(上册)[M]．电子工业出版社．2002
[24] 马兴义，杨立群，林敏，庞少华等编著．MATLAB6应用开发指南[M]．机械工业出版社．2002
[25] 吴勤勤主编．控制仪表即及装置[M]．化学工业出版社．1997
[26] 历玉鸣．化工仪表及自动化(工艺类专业适用)第二版[M]．化学工业出版社．1988
[27] 欧阳黎明编著．MATLAB控制系统设计[M]．国防工业出版社．2001
[28] David lseminger主编．宋丽红，叶小松等译．COM技术[M]．机械工业出版社．2002
[29] Timothy J．Ross著．钱同惠，沈其聪，葛晓滨等译．模糊逻辑及工程应用[M]．电子工业出版社．2001
[30] 薛定宇．控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言及应用[M]．清华大学出版社．1996
[31] 崔岩，周晓光．用VB制作ActiveX控件[J]．山东建材．2001(3)：10～11 高巍，王晓峰，宗学军．基于AxtiveX的VB数据库应用程序的开发[J]．2000总第49期：6～9
[32] 张波．Fuzzy-PID复合控制[J]．自动化与仪器仪表．2001(2)：21～23
[33] 毛彦科，费敏锐．Fuzzy ActiveX控件在工业控制软件中的嵌入技术研究[J]．机电一体化．25～27
[34] 李书臣，胡玉娥，赵检罗．PID参数模糊自适应控制器的设计[J]．仪表技术与传感器．2001(2)：39～41
[35] 李贻斌．模糊自调整PID控制器[J]．山东矿业学院学报院．1991．10(3)：307～310
[36] 姚康，杨新志，王艳．用DDE接口实现Kingview5.0组态软件环境下远程检测[J]．微机算计信息．2001：10～12
[37] 李卓，萧德云，何世忠．基于Fuzzy推理的自调整PID控制器[J]．控制理论与应用．1997．14(2)：238～243
[38] 陈颀．模糊—PID控制器的研究[J]．思茅师范高等专科学校学报．2000．16(3)：1～3
[39] 周有平，罗中良．模糊PID自整定控制方法[J]．西安航空科技高等专科学校学报．2001．19(1)：42～45
[40] 陈丽兰．模糊PID调节器的控制策略研究[J]．煤矿自动化．2001(2)：13～14
[41] 郑雪梅，姜成国，周广铭．模糊PID控制结构[J]．大庆石油学院学报．2000．24(3)：46～50
[42] 白瑞祥，薛薇．自校正PID控制器的优化设计[J]．天津轻工业学院学
报．1998(1)：17～21
[43] 姜平，汤敏．自整定PID控制的研究和实现[J]．南通工学院．2000．16(4)：15～16
[44] 王亚刚，邵惠鹤．自整定PID控制器的研究综述[J]．电气自动化．2000(1)：7～9
[45] 张巍．在线自调整模糊—PID控制器的设计[J]．自动化仪表．2000．21(9)：12～14
[46] 赵建华，沈永良．一种自适应PID控制算法[J]．自动化学报．2001．27(3)：417～420
[47] 王化祥，孙金刚，陈磊．一种新型模糊PID调节器的设计[J]．自动化仪表．2000．21(5)：8～10
[48] 高卫华，陈应麟．一种简单的PID型模糊控制器的参数调整方法[J]．测控技术．2000．19(11)：39～41
[49] 周先箴，赵金，万淑芸，王离九．一种简化的模糊PID控制器[J]．电气自动化．1999(4)：15～18
[50] 刘鸿雁，谢元旦，汪仁先．一种模糊PID控制器的鲁棒优化设计[J]．电气传动．2001(2)：20～22
[51] 吕忠来，侯媛彬．一种新的Fuzzy-PID复合控制方法[J]．煤矿自动化．1998(1)：14～15
[52] 况荣华，容太平．一种新型PID参数自适应模糊控制器[J]．华中科技大学学报．2001．29(6)：25～26
[53] 宋哲英，宋雪玲，刘朝英．应用MATLAB设计模糊控制系统[J]．计算机应用研究．2001：69～71
[54] 侯北平，卢佩，陈峰军．MATLAB下模糊控制器的设计与应用[J]．测控技术．2001(20)
[55] 梁永宏．ActiveX控件在工控软件中的应用[J]．计算机应用．2000(8)：55～56
[56] 胡如高，马欣，俞安然，李立新．常用控件算法的ActiveX[J]．自动化仪表．2000(10)12～14
[57] 黄傲，周一览．VB中ActiveX控件的设计[J]．微计算机应用．2000，21(1)：3～5
[58] 贺远华．基于MATLAB的参数自调整模糊控制系统的设计与仿真[J]．微计算机信息．2002(10)：10～12
[59] 谢书明，柴天佑．一种参数自适应模糊PID控制器[J]．信息与技术．1998．27(4)：255～259
[60] 方一鸣，焦晓红．基于MATLAB的模糊控制系统计算机仿真[J]．自动化与仪器仪表，2000(2)：19～21
[61] Maeda M and Murakami S A. Self-tuning Fuzzy Controller. [J] Fuzzy Sets and Systems. 1992, 51: 29-40
[62] Wang L X and Mendel J M. Fuzzy Basic Functions, Universal Approximation, and Orthogonal Least-Square Learning. [J] IEEE Trans. Neural Networks, 1991,3(5): 807-814
[63] Kong S G and Koska B. Adaptive Fuzzy Systems for Backing up a Truck and Trail. [J] IEEE Trans. Neural Networks 1992, 3(2): 211-223
[64] Lee C C. Fuzzy Control and Fuzzy Systems: Fuzzy Logic Controller, PartⅡ [J]. IEEE Trans. SMC. 1990, 20(2): 419～435
[65] A. Visioli. Tuning of PID controllers with fuzzy logic [J]. IEE Proc-Control Theory Appl., Vol.148, No.1, January 2001-8
[66] J. F. Whidbome and R. S. H. lstepanian. Genrtic algorithm approach to designing finite-precision controller structures [J]. IEE Proc-Control Theory Appl., Vol.148, No.5, September 2001
[67] 真确KS2000系列工业级测控模板——用户手册
[68] 组态王6.0使用手册．北京亚控科技发展有限公司．2001