用可編程控制器PLC實(shí)現(xiàn)模糊控制的方法研究

摘 要： 簡(jiǎn)明扼要的來講，模糊控制是對(duì)人力思維的模仿，模糊邏輯可以有助于推理操作并應(yīng)用于控制設(shè)備或者自動(dòng)化工作中，在當(dāng)今自動(dòng)控制領(lǐng)域的研究中，模糊控制的使用是一個(gè)熱點(diǎn)課題。對(duì)于用可編程控制器PLC采用模糊控制來說，對(duì)于PLC技術(shù)的發(fā)展有著極其重要的意義，一旦模糊控制切實(shí)可行，必然會(huì)極大的加強(qiáng)以往可編程控制器的只能程度。

關(guān)鍵詞： 可編程控制器；模糊控制；自動(dòng)化控制；調(diào)整因子

以往的控制系統(tǒng)都嚴(yán)重依賴于被控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，而模糊控制的優(yōu)勢(shì)在于不依靠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)模型，僅僅運(yùn)用模糊理論、專業(yè)人員的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、就可以實(shí)現(xiàn)思維推理判斷。對(duì)于可編程控制器來說，其要應(yīng)對(duì)越來越復(fù)雜的控制對(duì)象，因此其采取模糊控制的方法十分必要。

一，可編程控制器（PLC）及模糊控制的方法概述

（一）可編程控制器（PLC）

可編程控制器（Programmable Logic Controller）作為應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)，一般簡(jiǎn)稱為PLC或PC。可編程控制器 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及電器控制技術(shù)的發(fā)展，衍生出了可編程控制器這一微處理的核心，其包括了信息，通訊和自動(dòng)化等等高新技術(shù)。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在執(zhí)行存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算和順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬的輸入（I）和輸出（O）接口，控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。在當(dāng)今時(shí)代下，可編程控制器以其編程簡(jiǎn)單靈巧，錯(cuò)誤率低，維修方便等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大主要技術(shù)之一（CAD，PCL，機(jī)器人）。

盡管可編程控制器在工業(yè)行業(yè)內(nèi)已經(jīng)得到了極為普遍的應(yīng)用，但隨著被控制對(duì)象越來越復(fù)雜，對(duì)控制器要求越來高以往的可編程控制器已然很難跟隨時(shí)代發(fā)展的步伐，因而需要新的控制模式的開發(fā)來適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求。模糊控制方法的實(shí)現(xiàn)將提高大幅度提高PlC控制系統(tǒng)的質(zhì)量，其也將成為現(xiàn)代自動(dòng)化控制系統(tǒng)的全新發(fā)展方向。

（二）模糊控制

模糊控制（FUZZY）是基于人類思維的模糊性，模糊控制就可以理解為是控制系統(tǒng)對(duì)人類思維的模仿。在以往的控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的好壞主要取決于控制動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的精確程度。但隨著系統(tǒng)的繁復(fù)程度不斷加大，可變因素過多，導(dǎo)致對(duì)控制系統(tǒng)的描述難以準(zhǔn)確詳盡。在之前控制系統(tǒng)的發(fā)展道路上，工程師想盡辦法去精簡(jiǎn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)卻難以達(dá)到目的。總的來說就是，以往的控制系統(tǒng)雖然準(zhǔn)控制力強(qiáng)，但卻難以實(shí)現(xiàn)對(duì)精確系統(tǒng)的描述。而這也就是模糊控制想用來處理的核心問題。

人類對(duì)世界的定義可以說就是人類的感知，在人類的感知過程，“模糊”遠(yuǎn)比“清晰”更能包含事物的信息，涵蓋更深的內(nèi)涵，因此“模糊化”有更大的“信息存儲(chǔ)空間”也更人類的認(rèn)識(shí)感知。模糊控制系統(tǒng)可以有效的參考人的控制經(jīng)，對(duì)人思維方式進(jìn)行模仿和描述，即在應(yīng)對(duì)極為復(fù)雜的事物和系統(tǒng)中可以進(jìn)行一定程度的模式識(shí)別，模糊推理和模糊決策，最終實(shí)現(xiàn)模糊控制，即完成以往“精確控制”所不嫩完成的任務(wù)，模糊控制的技術(shù)靈魂在于采用“模糊性的”條件語句，這些模糊的語句一般由有一定專業(yè)能力的技術(shù)人員編程，因此，模糊空可以說是一種極為專業(yè)的控制，是人類智能化發(fā)展的杰出體現(xiàn)。在實(shí)際工作中，我們常見的模糊控制器有：?jiǎn)屋斎雴屋敵觥㈦p輸入單輸出、多輸入單輸出和多輸入多輸出等等模糊控制器。

二，模糊控制的原理

由于模糊控制是對(duì)人類專家思維的模仿，根據(jù)人類的思維習(xí)慣來進(jìn)行判斷，因此在控制中不需要被控制對(duì)象建立精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型。只需要總結(jié)積累專業(yè)人員的控制習(xí)慣，并根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)制定出相關(guān)的控制規(guī)則，最后形成模糊控制器來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的建立。模糊控制的算法大致步驟大致為：首先確定控制器輸出與輸入的變量，然后需要建立至關(guān)重要的模糊控住規(guī)則庫(kù)并將輸入量與輸出量進(jìn)行模糊化的處理，最后用變量的輸入賦值和模糊控制規(guī)則，采取拉森推理法，最終得到所需要的模糊控制查詢表。這些過程能夠在人工操作下正常運(yùn)行 。

在模糊控制的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中一般是二維的模糊控制器，其原理大概為輸入量為設(shè)定的偏差變量以及偏差變化率，設(shè)定一定的加權(quán)因子，我們?cè)诒疚闹姓f探討的可編程控制器PLC實(shí)現(xiàn)模糊控制的方法也是針對(duì)于二維的模糊控制器。

三，可編程控制器PLC模糊控制的實(shí)現(xiàn)

（一）確定誤差以及誤差的變化，確定控制輸出量的淪域

在確定輸出量的論域的個(gè)數(shù)的時(shí)候，可以通過細(xì)分等級(jí)來提高模糊控制的精度，但同時(shí)也要注意這樣會(huì)增大控制的計(jì)算量，其細(xì)分精度會(huì)受到儲(chǔ)存器字長(zhǎng)的限制。就經(jīng)驗(yàn)來說，將論域里模糊子集中設(shè)為元素的總數(shù)的二分之一到三分之一為好，這時(shí)模糊子集對(duì)于論域的覆蓋度為優(yōu)。在這一過程中我們定義e，ec以及u的論域范圍。

（二）模糊化輸入量以及梯形圖的設(shè)計(jì)

眾所周知，控制規(guī)則是模糊控制器的關(guān)鍵核心，它的正確與否直接影響到控制器的性能，其數(shù)目的多寡也是衡量控制器性能的一個(gè)重要因素，下面對(duì)控制規(guī)則做進(jìn)一步的探討。。在論域范圍建立好之后，我們可以設(shè)置偏差的精確量x（t），并將其由實(shí)際的變化范圍（a，b）轉(zhuǎn)化為（-6，6）的變量y，即進(jìn)行模糊量化，建立模糊控制的規(guī)則。

（三）模糊控制規(guī)則的建立

一般對(duì)于有調(diào)整因子的控制規(guī)則，通過調(diào)整加權(quán)因子進(jìn)而噶變偏差量以及偏差變化對(duì)輸出量的加權(quán)程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制規(guī)則的調(diào)整。但加權(quán)因子一經(jīng)選定，在模糊控制的全過程中就不可以再進(jìn)行調(diào)整改變。所以在現(xiàn)實(shí)的控制中，模糊控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程中會(huì)在不同的控住狀態(tài)下改變控制規(guī)則中的偏差量與偏差偏化的的加權(quán)強(qiáng)度要求。就二維的模糊控制系統(tǒng)來說，當(dāng)偏差相對(duì)較小是，模糊系統(tǒng)相對(duì)較為穩(wěn)定，模糊控制系統(tǒng)主要是快速的穩(wěn)定系統(tǒng)，即在在使用過程中減小系統(tǒng)超調(diào)；但偏差較大時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行的任務(wù)主要為減小消除偏差，這就需要增大偏差的加權(quán)。總而言之，在偏差范圍不同時(shí)需要考慮使用不同的加權(quán)因子，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制規(guī)則的自我調(diào)整。

（四）精確控制量的輸出

對(duì)控制量的精確化輸出相對(duì)來講就方便很多，即將模糊論域值乘以控制量的比例因子，得到實(shí)際輸出的控制值，然后最終把它輸送給別控制的對(duì)象即可。

可編程控制器PLC采用模糊控制即是將模糊控制技術(shù)與PLC技術(shù)相融合，既包含了可編程控系統(tǒng)靈活可靠，實(shí)用性強(qiáng)等有點(diǎn)，又在這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)上增加了控制系統(tǒng)的智能化，很大程度上拓展了可編程控制系統(tǒng)的發(fā)展前景。本文簡(jiǎn)要簡(jiǎn)述實(shí)現(xiàn)可編程控制器PLC采用模糊控制的研究方法，希望能給讀者一些參考的價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：陳爽，（1981.10--）女，漢族，遼寧沈陽(yáng)人，碩士，講師，研究方向：建筑電氣，建筑智能化。