基于智能模糊控制的嵌入式称重系统的研究

　　目前，配料和输送过程的称重技术在能源、冶金、制造、交通、化工等行业应用比较广泛[1]，但大多数配料和输送过程的称重系统采用常规 PID 调节方式进行控制，其不足之处在于准确度、稳定性不高，实时动态调节能力差，不能实现本地和远程的虚拟化控制等。模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制[2-3]，能够弥补传统 PID 控制方法的不足。

　　基于智能模糊控制的嵌入式称重系统旨在提供一种多个传感器并行检测，嵌入常规 PID 调节控制和模糊调节控制相结合的智能模糊 PID 调节控制方法，并实行网络化管理和远程控制的配料及输送过程的称重系统，其关键是完成模糊化处理过程的设计。

　　1 系统设计原理

　　在称重显示控制器中，将给定流量 Yg与仪表计算得到的瞬时流量 Ym进行比较，得到流量偏差e。如果偏差较大时，采用模糊控制。偏差 e 经微分后，得到偏差 e 的变化率e，e 和e经得到的控制量 U 还不能直接控制被控对象，必须通过比例因子将其转换到控制对象所能接受的基本论域中，其取值由控制量 U 的模糊集论域和实际对象的控制量大小来决定。

　　e 和e分别为偏差与偏差变化率，u 为输出，取其基本论域为

将上述基本论域量化为模糊集论域，则

　　确定模糊子集及隶属度表，设 A，B，C 分别为X，Y，Z 的模糊子集，

确定模糊子集 A，B，C 量化论域中各元素对其的隶属度 （见表 1、第 67 页表 2 和第 67 页表 3）。

　　2 系统典型控制过程

　　模糊 PID 控制程序由传统 PID 调节控制程序和模糊控制程序结合使用。模糊 PID 控制程序的控制方法为：首先，接收到实时流量值和上位计算机给予的上一时刻流量给定值时，将二者通过称重算法内的计算方法算出此时刻的流量偏差值，然后将流量偏差值与设定好的标准流量偏差值相比，若流量偏差值小于或等于设定好的标准流量偏差值，就按照传统 PID 调节控制程序得出执行命令，调整后输出;若流量偏差值大于设定好的标准流量偏差值，就按照模糊控制程序得出执行命令，调整后输出。其流程见图 1。

　　模糊控制程序的控制方法为：首先，读入此时刻的实时流量值，通过称重算法内的计算方法算出此时刻的流量变化率，经过模糊推理后，重新设定PID 的参数 (p，i 和 d)数值，再经过新设定的参数进行 PID 调节运算，得出此时刻的执行命令。

　　3 结束语

　　总之，基于智能模糊控制的嵌入式称重系统具有如下特点。一是实现多类型传感器信息融合，对多个传感器的数据进行多级别、多方式、多层次的处理，产生被测系统预期变化趋势等多方面有意义的新信息。二是实现虚拟仪器功能。利用软件在屏幕上生成虚拟面板，在软件导引下进行信号采集、运算、分析和处理，实现配料系统的各种功能。三是将动态称重算法、配料系统运行经验数据、动态称重系统在外力冲击下的修正算法的研究与控制软件相结合，形成了关于称重控制的人工智能知识库。四是在 PID 控制中，将偏差和偏差变化率经模糊化运算得到控制量，通过比例因子将控制量转换到控制对象所能接受的基本论域中，其取值由控制量的模糊集论域和实际对象的控制量来决定，并根据鲁棒性指标等要求，实现二维模糊输出形式的模糊 PID 最佳选择。