ＭＷＣ计算机模糊控制系统

摘要  本文研究在研究"ＭＷＣ卷烟平均重量控制系统"的总体方案，阐述了系统总体设计、硬件设计和软件设计；并且通过模糊自动控制原理的分析和模糊控制器的设计，将模糊控制应用于烟重控制系统中，并针对卷烟机的卷烟平均重量自动控制。文中用于控制烟重的新的模糊控制算法，可作为一种通用的控制算法。算法涉及模糊控制器的输入／输出。控制器用平均重量的偏差和变化率来维持一个恒定的输出烟重。

关键词：平均重量控制器、模糊控制、自调整算法

【"ＭＷＣ计算机模糊控制系统"简介】

新型"烟棒生产线实时重量检测控制系统"是南京智能技术研究所和本文作者联合研究设计、协作研制开发的一个科研项目。它是卷烟生产流水线的核心设施，能用于生产中进行性能测试、成品质量抽捡、采集和处理数据、控制生产等工作的配套综合系统。计算机系统的使用、微机化数字仪表的研制以及先进的模糊控制技术的应用，必将使该系统能在实用、可靠的基础上，同时具备性能优越、技术先进、操作灵活、维护方便等特点，它也应当成为新型卷烟生产流水线的最佳选择。

    在卷烟平均重量集散微机测控系统中，采用了先进的模糊控制器作为卷烟平均重量控制器，该控制器在响应快、超调小、对参数变化不敏感等方面均优于传统控制的控制效果。本系统中对于烟重等环节所采用的先进的模糊控制方法，将把卷烟平均重量测控系统推向新的高度。

§１ ＭＷＣ模糊控制器总述（实用的模糊微机控制系统）

在卷烟平均重量控制系统（ＭＷＣ）中，对于烟重等控制对象，采用了一种新的控制算法──自调整模糊控制算法，它以重量偏差及其变化率为输入，平整电机转速为输出，在总结熟练的技术工人的丰富经验的基础上，制定模糊控制规则，应用模糊推理合成规则，计算出用于该控制回路实时控制的基本模糊控制器查询表；同时为获取较好的控制效果，采用了在线自动调整量化因子和比例因子的结构模式。该算法具有良好的跟踪性能和抗扰动性能，可作为一种通用的控制算法。

ＭＷＣ模糊控制器方框图如图１所示。

            离线模糊Fｕｚｚｙ算法

图１中，输出值Ｙ是与红外线检测器实测烟重对应的数字量，Ｓ是卷烟生产过程所要求的卷烟平均重量值（数字量），计算机将Ｙ值与给定值Ｓ相比较，得出烟重偏差数字量ｅ，经计算机处理可以取得偏差变化的数字量ｃ（ｃ＝ｅi－ｅi－１，其中ｅi－１为前次的偏差；ｅi为本次的偏差），ｅ与ｃ作为模糊控制器的输入，模糊控制器输出的控制量是应当调节的数字量ｄ，ｄ对应着平整电机的转速、方向及步数。 其中，

烟重基准值为Ｓ＝ＭＷ（ｍｇ），

偏差测量值范围为±ｅ（ｅ＝过重极限－控制极限）（ｍｇ），

重量偏差变化率为±ｃ（ｃ＝ＭＷ×１％）（ｍｇ），

步进电机转速控制范围为±ｄ。

根据控制规则，可以求出对应的模糊关系Ｒ，有了Ｒ，对于Ａ和Ｂ的任何值，通过模糊算法（合成推理规则），可以求出对应的输出变量Ｃ的值，再用加权平均法就可求出相应的执行量ｚ。

如上所述，对于Ａ和Ｂ的每一组值，都可求出相应的执行量ｚ，但是这种计算是相当繁琐的，计算量很大，不能立即做出反应，不适于实时控制。克服这一缺点的解决方法是：可以离线（即事先）先做模糊决策表（又叫查询表、控制表、如表６－６所示），并将此表输入计算机。在控制过程中，计算机把采样后经变换得到的输入ｘ和ｙ，与表６－６的行与列比较，可立即得出执行量ｚ。

因此，实际模糊控制（算法）分为"在线"和"离线"两部分。

§２ 模糊控制器的结构设计（算法预处理）

一、确定语言变量、语言变量的基本论域

根据ＭＷＣ控制方案，选取基本模糊控制器的输入语言变量为重量偏差

ＷＥ、重量偏差变化率ＷＣ，输出语言变量为平整电机转速ＷＤ。

重量偏差ＷＥ的基本论域为 〔－ｅ，＋ｅ〕，

重量偏差变化率ＷＣ的基本论域为 〔－ｃ，＋ｃ〕，

平整电机转速ＷＤ的基本论域为 〔－ｄ，＋ｄ〕。

二、选择模糊状态（语言变量ＷＥ、ＷＣ、ＷＤ的语言值）－－描述词汇

ＷＥ＝{太轻，轻，较轻，正常，较重，重，太重}，

简记为{ＮＬ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＬ}；

ＷＣ＝{很快，快，稍快，正常，稍慢，慢，很慢}，

简记为{ＮＬ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＬ}；

ＷＤ＝{正大，正中，正小，保持，负小，负中，负大}，

简记为{ＮＬ，ＮＭ，ＮＳ，ＺＥ，ＰＳ，ＰＭ，ＰＬ}；

三、定义模糊集（语言变量ＷＥ、ＷＣ、ＷＤ所取的模糊集合的论域）

１．将在基本论域内连续变化