高精度模糊温度控制仪设计

　　一、引言

　　对于温度计的检定,最基本的条件是恒温装置的温度稳定且温度场均匀。本文采用了在微小偏差范围内自调整量化因子和比例因子的模糊控制方案,设计了一种高精度温度控制仪,能够满足温度计检定工作中对各种恒温槽、检定炉的精密温度控制。

　　二、基本思想

　　首先将语言变量误差e和误差变化率ec的测量值分别与各自的量化因子量化相乘,量化出相应的等级I1和J1,即

　　其次由查询表找出I1和J1对应的普通模糊控制器输出的量化等级L1,于是求得与e,ec对应的控制作用u1为u1=U0+KuoL1,公式 (1)、(2)中Ke0,Kc0和Ku0是误差E、偏差变化率Ec的量化因子与控制作用U的比例因子; U0为普通型模糊控制器输出的设定值;符号〈·〉代表对I1和J1的取整运算。

　　在I1,J1的判断的基础上,为了提高控制精度,进一步再做判断,可求得:

　　由I2,J2从查询表查得相应的L2,根据I2,J2计算控制作用的修正量Δu=Ku0Ku1L2,于是与测量值对应的经过一次修正的高精度模糊控制器的输出:

　　式中,L1代表Ke0e,Kc0c整数部分对应的控制作用的量化等级;

　　L2代表Ke0e,Kc0ec小数部分,即设计普通模糊控制器时所丢失的信息对应的用以修正控制作用的量化等级;

　　Kel,Kcl和Kul的作用是使丢失的信息在论域再作分配。

　　以上所述是经过一次修正后得到的一阶高精度控制器,根据对控制精度的要求,还可以进行2次、3次、……、n次的多次修正,从而取得相应的2阶、3阶、……、n阶高精度模糊控制器。

　　其实在大偏差时,进行修正效果并不明显。如果仅在微偏差范围内进行递归自调整量化因子和比例因子的高精度控制方案将事半功倍。此方法是:在控制 进入微偏差范围时,在放大误差E和偏差变化Ec的量化因子的同时,相应地缩小控制输出的比例因子使得原来的控制死区变为和前一级相当的可控区,如此这样各 级地递归下去直到控制精度满足要求。

　　三、程序设计

　　为了保证控制的实时性,我们采用离线计算控制表,然后在线查询控制表的方案。下面阐述设计步骤:

　　(1)根据被控对象确定误差E、偏差变化率Ec和控制量U的实际变化范围[-Xe,Xe],[-Xec,Xec],和[-Yu, Yu],选取以上三者模糊子集的论域的形式为:

　　其中n,m,l可以选得比常规模糊控制器小一些。确定量化因子Ke0=n/Xe,Kec0=m/Xec,比例因子Ku0=Yu/l。

　　(2)确定误差、误差变化率和控制量的语言集分别并选取适当的隶属度函数,语言集如下: