模糊算法在玻璃鋼化爐中的應(yīng)用設(shè)計與仿真

【摘 要】針對工業(yè)玻璃鋼化爐溫度控制系統(tǒng)中存在的非線性、時變時滯、變量間關(guān)聯(lián)嚴(yán)重、擾動復(fù)雜和被控對象難以建模等特性，傳統(tǒng)控制方法難以滿足控制要求。對這類復(fù)雜的控制系統(tǒng)，運用模糊控制算法可以克服傳統(tǒng)控制的缺陷和不足，發(fā)揮其優(yōu)越的性能。運用MATLAB對被控對象的仿真結(jié)果表明，模糊控制算法能很好的適應(yīng)具有非線性，時變性特點的不確定性系統(tǒng)，對這類系統(tǒng)具有優(yōu)越的控制性能。

【關(guān)鍵詞】玻璃鋼化爐溫度控制；模糊控制算法；非線性；參數(shù)時變；Simulink仿真

【Abstract】Due to the temperature control system for industrial glass tempering furnace has the characters of nonlinear， time varying and delay， strong links between variables， complex disturbance and difficult to establish mathematical model， traditional control methods can not meet the control requirements. For such control systems， the fuzzy control can overcome the defects of traditional control methods and can play superior performance. The Matlab simulation results show that the fuzzy control algorithm can be very good to adapt to the nonlinear and time-varying system and show excellent performances.

【Key words】Glass tempering furnace control；Fuzzy control algorithm；Nonlinear；Parameter time-varying；Simulation

0 引言

鋼化玻璃（Tempered glass）作為安全玻璃，具有耐沖擊、抗彎曲、熱穩(wěn)定性好且在破碎時變成小碎塊，不易對人體造成傷害等優(yōu)點[1]，被廣泛應(yīng)用于高層建筑、玻璃護(hù)欄、動車車窗等對玻璃安全和質(zhì)量要求較高的地方。

鋼化爐是對玻璃進(jìn)行鋼化處理最重要的設(shè)備，其中鋼化過程中的冷卻階段，是鋼化過程中非常重要的環(huán)節(jié)，其冷卻溫度的控制直接影響到鋼化玻璃的品質(zhì)，控制不好甚至?xí)霈F(xiàn)玻璃的破碎。因此，冷卻過程中冷卻的溫度是一個重要的控制參數(shù)。

1 研究背景

鋼化爐冷卻階段爐溫的調(diào)節(jié)采用的是風(fēng)冷技術(shù)，即通過風(fēng)機(jī)送冷卻風(fēng)的方式對鋼化玻璃進(jìn)行降溫處理。由于冷卻階段有諸多不確定因素，如冷卻風(fēng)的溫度會隨外界發(fā)生變化、玻璃厚度也會隨鋼化的不同階段發(fā)生變化等。目前，冷卻階段的溫度控制主要采用人工操作和PID相結(jié)合的方式為主。人工調(diào)節(jié)雖然能把溫度控制在合理的區(qū)間內(nèi)，但受人為因素影響較大，且很難達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)控制；PID控制雖具有簡單易行的特點，但PID控制對控制對象模型的依賴程度較大，而且只有在系統(tǒng)的各項參數(shù)保持基本不變的條件下才能滿足控制要求[2]。而實際卻是一個參數(shù)隨動、參數(shù)耦合的不確定性系統(tǒng)，因此PID很難達(dá)到精準(zhǔn)控制。模糊控制，則是智能控制領(lǐng)域中的一個分支，由其對被控制對象參數(shù)、結(jié)構(gòu)變化不敏感、不需要建立被控對象的數(shù)學(xué)模型、魯棒性好等特點，在控制領(lǐng)域占有相當(dāng)重要的作用。其運用操作者經(jīng)驗、知識或操作數(shù)據(jù)對被控對象進(jìn)行控制，具有動態(tài)響應(yīng)快、超調(diào)小等優(yōu)點，特別對動態(tài)時變系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、大時滯系統(tǒng)等復(fù)雜的系統(tǒng)具有很好的控制優(yōu)勢。

2 模糊控制系統(tǒng)

模糊控制（Fuzzy Control）是以模糊集合論，模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的智能控制方式[3]，延續(xù)了傳統(tǒng)控制思想，由被控對象、模糊控制器、執(zhí)行器和反饋環(huán)節(jié)組成[4]。

2.1 模糊控制算法

模糊控制算法是建立在模糊數(shù)學(xué)上的一種控制算法，由普通集合的二值邏輯{0，1}—屬于和不屬于擴(kuò)展到[0，1]區(qū)間的連續(xù)取值，因此某個元素屬于某個集合的概念就有了程度這個概念，用隸屬度函數(shù)表示：0≤μA（x）≤1，其中A為任一模糊集，它表示元素x屬于模糊集合A的“程度”或“資格”[5]。

模糊判斷需要根據(jù)程度近似表示：

仿真結(jié)果表明，采用參數(shù)設(shè)值合理模糊控制算法，不僅動態(tài)響應(yīng)曲線好，還具有超調(diào)量小、響應(yīng)速度快、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度高等優(yōu)點，另外在遇到干擾擾動時，能克服噪聲擾動影響，控制質(zhì)量高，魯棒性好。

4 結(jié)論

對具有非線性、時滯等特點的復(fù)雜系統(tǒng)，模糊控制具有超調(diào)小，響應(yīng)快，穩(wěn)態(tài)精度高的特點，對擾動的干擾具有很好的魯棒性和適應(yīng)能力，能保持較高的控制質(zhì)量，具有明顯的理論和實際應(yīng)用價值。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳栗宋.水平輥道式玻璃鋼化爐及其溫度控制系統(tǒng)研究[J].計算機(jī)與現(xiàn)代化， 2011（6）：112-116.

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[4]胡壽松.自動控制原理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

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[責(zé)任編輯：曹明明]