模糊算法在玻璃鋼化爐中的應用設計與仿真

【摘 要】針對工業玻璃鋼化爐溫度控制系統中存在的非線性、時變時滯、變量間關聯嚴重、擾動復雜和被控對象難以建模等特性，傳統控制方法難以滿足控制要求。對這類復雜的控制系統，運用模糊控制算法可以克服傳統控制的缺陷和不足，發揮其優越的性能。運用MATLAB對被控對象的仿真結果表明，模糊控制算法能很好的適應具有非線性，時變性特點的不確定性系統，對這類系統具有優越的控制性能。

【關鍵詞】玻璃鋼化爐溫度控制；模糊控制算法；非線性；參數時變；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、熱穩定性好且在破碎時變成小碎塊，不易對人體造成傷害等優點[1]，被廣泛應用于高層建筑、玻璃護欄、動車車窗等對玻璃安全和質量要求較高的地方。

鋼化爐是對玻璃進行鋼化處理最重要的設備，其中鋼化過程中的冷卻階段，是鋼化過程中非常重要的環節，其冷卻溫度的控制直接影響到鋼化玻璃的品質，控制不好甚至會出現玻璃的破碎。因此，冷卻過程中冷卻的溫度是一個重要的控制參數。

1 研究背景

鋼化爐冷卻階段爐溫的調節采用的是風冷技術，即通過風機送冷卻風的方式對鋼化玻璃進行降溫處理。由于冷卻階段有諸多不確定因素，如冷卻風的溫度會隨外界發生變化、玻璃厚度也會隨鋼化的不同階段發生變化等。目前，冷卻階段的溫度控制主要采用人工操作和PID相結合的方式為主。人工調節雖然能把溫度控制在合理的區間內，但受人為因素影響較大，且很難達到高標準控制；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，而且只有在系統的各項參數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隨動、參數耦合的不確定性系統，因此PID很難達到精準控制。模糊控制，則是智能控制領域中的一個分支，由其對被控制對象參數、結構變化不敏感、不需要建立被控對象的數學模型、魯棒性好等特點，在控制領域占有相當重要的作用。其運用操作者經驗、知識或操作數據對被控對象進行控制，具有動態響應快、超調小等優點，特別對動態時變系統、非線性系統、大時滯系統等復雜的系統具有很好的控制優勢。

2 模糊控制系統

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的智能控制方式[3]，延續了傳統控制思想，由被控對象、模糊控制器、執行器和反饋環節組成[4]。

2.1 模糊控制算法

模糊控制算法是建立在模糊數學上的一種控制算法，由普通集合的二值邏輯{0，1}—屬于和不屬于擴展到[0，1]區間的連續取值，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]。

模糊判斷需要根據程度近似表示：

仿真結果表明，采用參數設值合理模糊控制算法，不僅動態響應曲線好，還具有超調量小、響應速度快、系統穩態精度高等優點，另外在遇到干擾擾動時，能克服噪聲擾動影響，控制質量高，魯棒性好。

4 結論

對具有非線性、時滯等特點的復雜系統，模糊控制具有超調小，響應快，穩態精度高的特點，對擾動的干擾具有很好的魯棒性和適應能力，能保持較高的控制質量，具有明顯的理論和實際應用價值。

【參考文獻】

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

[2]余小草， 陳建，丁珠玉，等.基于 MATLAB的花椒烘房溫度模糊控制器[J].農機化研究，2009，10：184-186.

[3]劉金坤.智能控制[M].北京：電子工業出版社，2005.

[4]胡壽松.自動控制原理[M].北京：清華大學出版社，2008.

[5]孫庚山，蘭西柱.工程模糊控制[M].北京：機械工業出版社，1995，7.

[6]宋瑞，林青家，等.用MATLAB的SIMULINK進行模糊控制系統仿真[J].山東冶金，2003，25（3）：54-56.

[7]石辛民，郝整清.模糊控制及其MATLAB仿真[M].北京：清華大學出版社；北京交通大學出版社，2008，2.

[責任編輯：曹明明]