1、應用 交流模糊控制在小型熱水鍋爐溫度控制中的應用唐山高等專科學校 孫茂松 郭耀華唐山工人醫院信息中心 郭瑞芳摘要! 介紹了小型熱水鍋爐模糊控溫系統中, 環境溫度與鍋爐供水溫度之間數學模型的建立, 運用兩輸入單輸出的模糊控制模型進行了具體的模糊控制器的設計, 給出了以MCS 51系列單片機8031為核心實現模糊控制器的最小硬件電路系統及軟件程序框圖。關鍵詞 溫度控制 模糊控制 硬件電路 軟件分析一、引言對冬季供暖的小型熱水鍋爐進行溫度控制, 可度T H 低于 -15#時, 鍋爐供水溫度T W 保持為95#不變。當外界環境溫度T H 高于15#時, 鍋爐停機。以使居室溫度基本穩定, 節省能源。但是

2、, 鍋爐供水溫度的控制受到被控對象、環境及燃料等諸多因素的影響, 難以建立精確的數學模型, 采用傳統的控制方式, 控制器參數選擇將是很困難的事。如今模糊控制已在諸多領域得到了很多成功的應用。由于模糊控制主要是模仿人的控制經驗而不是依賴于控制對象的模型, 因此模糊控制能近似地反映人的控制行為, 無需建立對象的數學模型, 有很強的魯棒性。為此本文提出對小型熱水鍋爐的溫度采用模糊控制。三、模糊控制器設計模糊控制是根據人的控制經驗總結出若干條模糊控制規則, 以此為依據由微機具體實施控制。實現形式如圖1所示。輸入量為外界環境溫度與鍋爐供水溫度的偏差和偏差的變化率。輸出量為鍋爐供水溫度。其中模糊控制器的輸

3、出作為控制鍋爐電機轉速的給定值。二、建立鍋爐供水溫度與環境溫度的數學模型居室溫度受外界環境溫度和鍋爐供水溫度的共同影響。為使居室溫度保持基本穩定, 采用鍋爐供水溫度受外界環境溫度控制的方法。因此, 建立鍋爐供水溫度與外界環境溫度的數學模型如下:80#-T H 當-15#T H 15#T W =式中:T W :鍋爐供水溫度; T H :外界環境溫度。由上式可知:外界環境溫度T H 為0#時, 鍋爐供水溫度T W 為80#。外界環境溫度T H 每升高1#, 使鍋爐供水溫度T W 降低1#。當外界環境溫95# 當T H -15#圖1 模糊控制實現框圖1 實測值的模糊化(1 溫度偏差的模糊化溫度偏差是

4、指實測外界環境溫度與實測鍋爐供水溫度的差值。將溫度控制范圍分為模糊控制區和確定區, 以溫度偏差%6#為界, 在溫度偏度%6#以內為模糊控制區。將溫度偏差分為8個模糊狀態PL E (正大溫度偏差 、PM E (正中溫度偏差 、PS E (正小溫度偏差 、PO E (正零溫度偏差 、NO E (負零溫度偏差 、NS E (負小溫度偏差 、NM E (負中溫度偏差 、NL E (負大溫度偏差 。將溫度偏差%6#范圍分為13個點。采用三角形隸屬函數, 給出了它們對應于8個模糊狀態的隸屬度值, 如表1所示。表1 -6#, 6#之間溫度偏差的隸屬度表隸屬度PL E PM E PS E PO E NO E

5、NS E NM E ML E差00000000000000000000000000000 10 40 70 81 000 20 71 00 70 3-6-5-4-3-2-10123456偏低 NM C (轉速低 NL C (轉速最低 。每種具體輸出狀態對這7個模糊狀態的隸屬度值如表3所示。表3 鍋爐電機轉速給定值的隸屬度表隸屬度變P L C P M C P S C O C NS C NM C ML C00000000000000000000000000000000 10 40 81 0出輸-7-6-5-4-3-2-10123456700 20 71 00 70 20000000000000 2

6、0 71 00 70 30 1001 00 60 100000000000000000000000000 41 00 80 40 1000000000000000 51 00 5000000 10 61 0000 10 40 81 00 40000000 10 30 71 00 70 200 20 71 00 70 301 00 90 70 40 1000000 20 71 00 70 201 00 80 40 103 模糊控制規則的建立及模糊總控制表雙輸入單輸出型模糊控制器的控制規則為&if E and EC then C 。根據知識經驗, 建立模糊控制規則, 如表4所示(表中*為實際中不存

7、在的情況 。表4 模糊控制規則表NL EP L EC P M EC PS EC PO EC NO ECPL C PL C PL C PL C PL C PL C *NM E PM C PM C PM C PM C PM C PM C *NS E NL C NM C NS C PS C PS C PS C PS C PL CNO E NL C NM C NS C O C O C PS C PM C PL CPO E NL C NM C NS C O C O C PS C PM C PL CPS E NL C NS C NS C NS C NS C PS C PM C PL CPM E *NM C

8、 NM C NM C NM C NM C NM CPL E *NL C NL C NL C NL C NL C NL C(2 溫度變化率的模糊化將溫度變化定義為一個采樣周期內的變化。以%1 2#以內為模糊控制區。將其分為8個模糊狀態PL EC (正大溫度變化 、PM EC (正中溫度變化 、PS EC (正小溫度變化 、PO EC (正零溫度變化 、NO E C (負零溫度變化 、NS EC (負小溫度變化 、NM EC (負中溫度變化 、NL EC (負大溫度變化 。將%1 2#分為13個點, 采用三角形隸屬函數, 給出了它們對應于8個模糊狀態的隸屬度值, 如表2所示。表2 -1 2#, 1

9、 2#之間溫度變化率的的隸屬度表隸屬度變PL E C P M EC PS E C PO EC NO EC NS EC NM EC ML EC000000000000000000000000000000 10 40 81 000000001 2-1 0-0 8-0 6-0 4-0 20化0 20 40 60 81 01 2變NS EC NM EC NL EC0 20 71 00 70 20 80 40 100000000000模糊關系R 由Ma mdani 推理法可以寫成R =E (EC (C (1式中:R :模糊關系矩陣; E :溫度偏差的模糊狀態的隸屬度值; EC :溫度變化的模糊狀態的隸屬

10、度值; C :控制輸出的模糊值。模糊輸出C =E (EC R (2R 是一個13(13(15的矩陣。每次控制要計算這樣一個矩陣很困難。為了提高實時性, 簡化程序采用查表法求取輸出控制量。為此在離線情況下將R 求出, 再根據(2 式算出每種輸入狀態下的輸出C , 最后用重心法決策算法將C 轉化為精確的實際值, 則求得模糊總控制表。最終計算結果如表5所示。00 4101 00 50 100000000000 10 51 0000 10 40 81 00 400 20 71 00 70 20001 00 80 40 12 輸出控制的模糊化將模糊控制器的輸出狀態規定為15種, 分別對應于不同的鍋爐電機

11、的轉速給定值將這15種輸出狀態分為7個模糊狀態, 即:PL C (轉速最高 PM C (轉速高 PS C (轉速較高 O C (轉速合適 NS C (轉速較表5 模糊總控制表1 2 1 00 8 0 6 0 40 20 00 20 40 60 81 01 2-6-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5+67676444210000666644421000076764442100006666 5552076764410767644107676410444310444200222000000 00000-1-1-1-1-1-1-3-2-1圖2 硬件電路框圖-1-1-1-4-4-42 軟件程序由于

12、模糊控制輸出量的求取是采用查表法, 因此軟件程序中只需完成外界環境溫度與鍋爐供水溫度的采集、求溫度偏差及變化率、查模糊總控制表、輸出量D/A轉換等工作。程序流程圖如圖3所示, 程序中使用的寄存器作用如下:R1:用于存放檢測的環溫; R2:用于存放檢測的水溫; R3:用于存放溫度偏差; R4:用于存放溫度變化率;R5:用于存放由R3、R4查控制表得轉速給定值; R6:用于存放確定區控制時轉速上升給定值; R7:用于存放確定區控制時轉速下降給定值; (30H :用于存放電機轉速為0時的給定值; (31H :用于存放調正輸出量為正值的偏差值;-1-4-4-3-4-4-4-2-3-3-4-4-4-3-

13、4-4-4-3-3-6-6-6-6-6-6-6-2-4-7-7-7-7-6-7-6-7-2-4-6-6-6-6-6-6-6-6-2-4-7-7-7-7-6-7-6-7四、模糊控制器的實現1 硬件電路電路框圖如圖2所示, 以MCS 51系列單片機8031為核心構成硬件電路, 兩只測溫元件采用AD590溫度傳感器, 分別檢測外界環境溫度和鍋爐供水溫度。運算放大器OP-07把檢測的溫度信號變為05V 電壓。A/D 轉換器ADC0809把溫度的摸擬信號變為數字信號送給8031處理。4KB 程序存儲器EPROM2732用于存放模糊控制所必須的變量、模糊控制表和執行程序。D/A 轉換器DAC0832把80

14、31輸出的數字量轉換為模擬量, 再經運算放大器LM324變為010V 電壓信號用于鍋爐電機轉速的輸出控制。五、輸出控制小型熱水鍋爐供水溫度控制, 是通過同步控制鍋爐的引風電機、鼓風電機和爐排電機的轉速, 從而控制煤的燃燒程序和煤的輸送量, 達到控制鍋爐供圖3 軟件程序流程圖應用 交流 機床電器2001No. 4UPS 不間斷電源的選擇與配置北京機械工程學院 吳其雨(3 PW M 脈寬調制型逆變器;(4 各種保護(過流、限流、過壓、空載、電池極性等 電路及相應指標;(5 交流市電供電與UPS 逆變器供電之間的自動切換裝置及與之相配套的鎖相同步電路和靜態開關裝置;(6 邏輯控制電路。利用微處理芯片

15、作UPS 電源中關鍵部件的工作狀態的監控控制系統等。圖1為在線式UPS 電源工作簡圖。一、概 述隨著科學技術的不斷發展, UPS 不間斷電源(以下簡稱UPS 電源 越來越廣泛地應用到我國國民經濟的各行各業中。在通訊事業、金融管理、辦公自動化、航空航天技術、計算機網絡、工業自動化等領域中已成為不可缺少的電源設備。選取一個(一組 理想、實用、經濟、可靠的UPS 電源已成為用戶十分關注的問題。UPS 電源本身也是一種涉及到數模電路、數字通訊、電力電子技術、微處理器以及軟件編程等多學科的技術密集型的電子產品。因此, UPS 電源的選取應從技術性、可靠性、使用壽命和實用性等諸多方面綜合考慮。UPS 電源

16、按其類型可以分為旋轉式(即以油機電動機發電機實現電能轉換 、靜態式(由整流蓄電池逆變器電子線路構成 。靜態式中又分為后備式和在線式, 在線式中我們推薦完全在線式。該類產品具有可靠性強、動態性能好、擴展功能強, 能適應較寬的市電范圍和頻率跟蹤范圍等一系列優點。靜態時UPS 電源是當今發展應用的主流, 本文針對此類產品的選型與配置加以論述。一般講, 一臺設計良好的UPS 電源應包括以下部分:(1 交流輸入濾波電路及整流電路; (2 蓄電池及充電電路;圖1 在線式UPS 電源工作簡圖二、UPS 功率和容量的估算和選擇1 決定UPS 功率和容量的因素(1 負載的性質和負載的功率是決定UPS 功率和容量的兩個重要因素, 負載功率越大UPS 的容量也越大, 這是無可置疑的。而描述負載性質的參數水溫度的目的。為此鍋爐電機轉速控制需采用交流調速技術。模糊控制器的輸出為交流調速裝置的控制電