使用辅助变量的多区域模糊逻辑控制系统技术方案

一种将非线性过程控制成过程误差信号的函数的控制系统，其特征在于，该控制系统包括： 提供辅助变量信号的装置，所示辅助变量信号表示非线性过程正在多个工作区的哪个区中工作；和 提供过程控制输出信号的模糊逻辑控制器，用于将非线性过程控制成过程误差信号和辅助变量信号的函数。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

A multi area fuzzy logic control system using auxiliary variables

A control system of nonlinear process control as a function of the error signal process, which is characterized in that the control system includes a device to provide auxiliary variable signal, shown by the auxiliary variable signal representation work which area is more than one workspace and nonlinear process; provide the process of fuzzy logic controller control the output signal for nonlinear process control process as a function of the error signal and auxiliary variable signal.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于控制具有不止一个过程工作区的非线性过程的控制系统。尤其，本专利技术涉及一种模糊逻辑控制器，它利用辅助过程变量来确定过程工作区并选择模糊隶属函数应用于模糊输入变量，以提供相应于该过程工作区的过程控制输入。
技术介绍
模糊逻辑包含一系列用“如果……则……”的模糊隐含形式表示的模糊控制规则。这些模糊隐含包括那些通常被称为“语言变量”的模糊变量。将模糊变量应用到模糊规则中便可完成模糊推理或推断。例如，如通过引用包括在此作参考的由Tanaka等专利技术的第5,158,024号美国专利所述，过程控制应用中已使用了模糊逻辑。在这些控制应用中，模糊逻辑形成了一个用于控制过程参数的模糊控制器。典型的模糊逻辑控制器由三个基本部分组成输入信号模糊化、处理规则推理的模糊机和为诸如控制阀等执行器产生连续信号的去模糊化。对过程参数进行模糊控制有几个好处。一个好处是，由于模糊控制规则和模糊变量非常适合人的思维过程，所以可方便地把人类经验结合到模糊控制器中。使用模糊控制器的另一个好处是由模糊化、把模糊规则用于模糊变量以及去模糊化所产生的非线性。这种模糊控制过程中固有的非线性使模糊控制器非常适于非线性的过程控制。但是，目前用于过程控制的过程控制器是把过程误差信号和过程误差信号的变化用作控制器的输入来确定过程控制或过程输入信号。这些控制器的输入并未给模糊控制器提供足够的信息，所以该过程控制信号会引起任何过程的非线性。因此，这些模糊逻辑控制器不能补偿过程的非线性。目前所需的模糊控制器要能够提供可以补偿具有诸如过程增益等非线性变量之过程的过程控制信号。该模糊控制器应在所有不同的非线性区都能对过程进行补偿，使得控制性能一致。
技术实现思路
本专利技术的一个方面是，提供一种适于控制非线性过程的模糊逻辑控制系统。该模糊控制系统包括一个模糊控制器，控制器用辅助过程变量来确定过程正在进行工作的地方并补偿过程的非线性。本专利技术的另一方面是一种能够提供过程控制信号的控制系统，用于控制具有第一和第二工作区的非线性过程。该控制系统包括这样的装置，它们能在第一和第二过程工作区的每个区中提供具有预定特性的辅助过程信号。提供了一种模糊逻辑控制器，它包括将一过程误差信号与第一区中过程操作的过程控制信号联系起来的第一模糊隶属函数。还包括将该过程误差信号与第二区中过程操作的过程控制信号联系起来的第二模糊隶属函数。它所包括的一模糊推理机，把根据辅助过程信号值选取的第一和第二模糊隶属函数中的一个应用于过程误差信号值，以推断出过程控制信号值。在一较佳实施例中，本专利技术提供的一种控制系统用于控制具有非线性过程增益的过程。该过程具有第一和第二过程增益区。该控制系统包括一个连接在过程和模糊逻辑控制器之间的电路。该电路提供了表示第一和第二过程增益区的辅助过程变量。模糊逻辑控制器为过程提供一控制信号值。模糊逻辑控制器包括第一模糊隶属函数，该函数被选来对第一过程增益区进行比例和积分控制。也包括第二模糊隶属函数，该函数被选来对第二过程增益区进行比例和积分控制。还包括一模糊机，它被配置成应用第一和第二模糊隶属函数中的一个(隶属函数根据从辅助过程变量值所确定的过程工作区来选取，并应用到过程误差信号值)和过程误差值的变化。应用被选模糊隶属函数可使模糊机推算出控制信号值，以在第一和第二过程增益区中保持合适的过程操作。本专利技术的又一方面是，提供一种用于控制非线性过程使之成为过程误差信号函数的控制系统。该控制系统包括这样的装置，这些装置用于提供表示非线性过程正在哪个工作区工作的辅助变量信号。控制系统还包括模糊逻辑控制器，用于提供过程控制输出信号，从而控制非线性过程，使之成为过程误差信号和辅助变量信号的函数。在一较佳实施例中，本专利技术提供了一种控制系统，该控制系统能对某过程多个不同工作区中的每个区对具有非线性过程增益的这个过程进行微分、比例和积分控制。控制系统包括提供过程误差值的装置和提供过程误差值变化的装置。还包括用于提供辅助值的装置，所述辅助值表示多个不同工作区中过程正在操作的工作区。还包括一个模糊逻辑控制器，它能对过程进行比例、积分和微分控制，使之成为过程信号误差值、过程误差值的变化和辅助值的函数。本专利技术的再一个方面是，提供一种控制非线性过程使之成为过程误差信号和控制器参数值之函数的控制器。控制器参数值基于非线性过程正在工作的那个工作区。该控制器包括一个与非线性过程相连的模糊机，把作为过程误差信号、控制器参数值和多组模糊规则中某组规则之函数的过程控制输出信号提供给该过程不同的工作区。本专利技术的另一个方面是，提供一种用于控制非线性过程使之成为过程误差信号之函数的方法。该方法包括，根据辅助过程变量信号从多个工作区中确定一个过程工作区。该方法包括，把不同工作区的多组模糊规则中的一组应用到过程误差信号上，以推断出过程控制输出信号。被应用的模糊规则基于过程的工作区。在一较佳实施例中，用于控制非线性过程的方法还包括将过程误差信号转换成模糊误差信号值。在该实施例中，应用多组模糊规则中的一组包括把多组模糊规则中的一组应用到模糊过程误差信号上，从而推算出过程控制信号值。附图概述附图说明图1是已有技术中模糊逻辑控制器的方框图。图2a和图2b是两张曲线图，示出了具有非线性增益的过程的过程输入和过程输出之间的关系。图3是本专利技术模糊控制器系统的方框图，该系统利用辅助过程变量来确定过程正在哪里工作并补偿增益的非线性。图4a是图3所示具有三个工作区的模糊控制器的辅助变量隶属函数定义。图4b是图3所示模糊控制器误差隶属函数定义中的变化率。图4c是图3所示模糊控制器误差隶属函数定义中的变化。图4d是图3所示模糊控制器过程控制隶属函数定义中的变化。图5是一张表格，示出了用于控制图2a非线性过程的模糊推理规则。图6是进行pH滴定控制的连续搅拌的容器反应器。图7是表示酸液流速与pH之间关系的曲线图。图8a是一控制曲面，示出了当pH为13时图6所示容器反应器的滴定控制器中的过程误差、误差的过程变化和过程控制中的变化之间的关系。图8b是一控制曲面，示出了当pH为9时图6所示容器反应器的误差、误差的变化和过程控制中的变化之间的关系。图8c是一控制曲面，示出了当pH为4时图6所示容器反应器的误差、误差的变化和过程控制中的变化之间的关系。图9a是一曲线图，示出了当用本专利技术的三区模糊控制器控制时图6所示的容器反应器的阶梯响应。图9b示出了图6所示的容器反应器在常规的PI型模糊控制器控制下的阶梯响应。图10示出了本专利技术三区模糊控制器在基液浓度中存在正向和反向扰动时的pH控制性能。本专利技术的最佳实施方式在讨论本专利技术的模糊逻辑控制器之前，先回顾一下已有技术中常用的模糊控制器是有帮助的。图1示出了已有技术的模糊控制器10。模糊控制器10包括模糊化部分12、模糊机14和去模糊化部分16。提供给模糊控制器10的输入信号18和20是表示过程误差的连续信号。模糊控制器10提供的输出信号22是提供过程控制的连续信号。通常，提供给模糊控制器10的输入信号18和20分别表示过程误差(e)和过程误差的变化(Δe)。对于比例积分(PI)控制器，过程误差信号18常常是设置点与过程输出信号之间的差值，而误差信号的变化20则表示过程误差信号18在所选采样时间间隔中的变化。通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：S·乔·秦，盖伊·汤普森·博德斯，
申请(专利权)人：费舍柔斯芒特系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：