摘要：針對(duì)工業(yè)玻璃鋼化爐溫度控制系統(tǒng)中存在的非線性、時(shí)變時(shí)滯、變量間關(guān)聯(lián)嚴(yán)重、擾動(dòng)復(fù)雜和被控對(duì)象難以建模等特性，傳統(tǒng)控制方法難以滿足控制要求。對(duì)這類復(fù)雜的控制系統(tǒng)，運(yùn)用模糊控制算法可以克服傳統(tǒng)控制的缺陷和不足，發(fā)揮其優(yōu)越的性能。運(yùn)用MATLAB對(duì)被控對(duì)象的仿真結(jié)果表明，模糊控制算法能很好的適應(yīng)具有非線性，時(shí)變性特點(diǎn)的不確定性系統(tǒng)，對(duì)這類系統(tǒng)具有優(yōu)越的控制性能。

關(guān)鍵詞：玻璃鋼化爐溫度控制；模糊控制算法；非線性；參數(shù)時(shí)變；Simulink仿真

0引言

鋼化玻璃(Temperedglass)作為安全玻璃，具有耐沖擊、抗彎曲、熱穩(wěn)定性好且在破碎時(shí)變成小碎塊，不易對(duì)人體造成傷害等優(yōu)點(diǎn)[1]，被廣泛應(yīng)用于高層建筑、玻璃護(hù)欄、動(dòng)車車窗等對(duì)玻璃安全和質(zhì)量要求較高的地方。

鋼化爐是對(duì)玻璃進(jìn)行鋼化處理最重要的設(shè)備，其中鋼化過程中的冷卻階段，是鋼化過程中非常重要的環(huán)節(jié)，其冷卻溫度的控制直接影響到鋼化玻璃的品質(zhì)，控制不好甚至?xí)霈F(xiàn)玻璃的破碎。因此，冷卻過程中冷卻的溫度是一個(gè)重要的控制參數(shù)。

1研究背景

鋼化爐冷卻階段爐溫的調(diào)節(jié)采用的是風(fēng)冷技術(shù)，即通過風(fēng)機(jī)送冷卻風(fēng)的方式對(duì)鋼化玻璃進(jìn)行降溫處理。由于冷卻階段有諸多不確定因素，如冷卻風(fēng)的溫度會(huì)隨外界發(fā)生變化、玻璃厚度也會(huì)隨鋼化的不同階段發(fā)生變化等。目前，冷卻階段的溫度控制主要采用人工操作和PID相結(jié)合的方式為主。人工調(diào)節(jié)雖然能把溫度控制在合理的區(qū)間內(nèi)，但受人為因素影響較大，且很難達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)控制；PID控制雖具有簡(jiǎn)單易行的特點(diǎn)，但PID控制對(duì)控制對(duì)象模型的依賴程度較大，而且只有在系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)保持基本不變的條件下才能滿足控制要求[2]。而實(shí)際卻是一個(gè)參數(shù)隨動(dòng)、參數(shù)耦合的不確定性系統(tǒng)，因此PID很難達(dá)到精準(zhǔn)控制。模糊控制，則是智能控制領(lǐng)域中的一個(gè)分支，由其對(duì)被控制對(duì)象參數(shù)、結(jié)構(gòu)變化不敏感、不需要建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型、魯棒性好等特點(diǎn)，在控制領(lǐng)域占有相當(dāng)重要的作用。其運(yùn)用操作者經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)或操作數(shù)據(jù)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、超調(diào)小等優(yōu)點(diǎn)，特別對(duì)動(dòng)態(tài)時(shí)變系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、大時(shí)滯系統(tǒng)等復(fù)雜的系統(tǒng)具有很好的控制優(yōu)勢(shì)。

2模糊控制系統(tǒng)

模糊控制(FuzzyControl)是以模糊集合論，模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的智能控制方式[3]，延續(xù)了傳統(tǒng)控制思想，由被控對(duì)象、模糊控制器、執(zhí)行器和反饋環(huán)節(jié)組成[4]。

2.1模糊控制器

模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，它取代了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)控制器的位置，經(jīng)過輸入量的模糊化、模糊推理、輸出解模糊得到模糊控制量u。根據(jù)輸入變量個(gè)數(shù)，模糊控制器可分為一維模糊控制器、二位模糊控制器和多維模糊控制器[5]。工程中一般采用將偏差e和偏差變化率ec作為模糊控制器輸入的二維模糊控制器結(jié)構(gòu)。

圖2二維模糊控制器結(jié)構(gòu)

相應(yīng)的操作經(jīng)驗(yàn)可歸納為：

基于以上操作經(jīng)驗(yàn)和模糊子集的劃分，控制規(guī)則采用If e is NB and ec is NB, then u is PB- Mamdani模糊形式，即b-c段，可得出49條控制規(guī)則：

2.3隸屬度函數(shù)、解模糊的設(shè)定

在工程應(yīng)用中，最常用的幾種隸屬度函數(shù)為：三角形、梯形、鐘形、高斯型、S形和Z形等，論域中間的模糊子集，多選用對(duì)稱的隸屬度函數(shù)，而左右邊界的隸屬度函數(shù)多選用邊界變化緩慢的隸屬度函數(shù)，設(shè)計(jì)中輸入和輸出模糊子集的隸屬度函數(shù)均采用三角形函數(shù)：

3模糊控制系統(tǒng)的MATLAB仿真

玻璃鋼化爐是一個(gè)較為復(fù)雜的工業(yè)控制對(duì)象，冷卻過程中通過冷卻風(fēng)的鼓入調(diào)節(jié)冷卻過程的溫度，具有時(shí)滯性、非線性、慣性、時(shí)變等因素的影響，因此很難建立其準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型，一般采用簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型：

對(duì)系統(tǒng)的仿真主要是觀測(cè)輸入信號(hào)經(jīng)過系統(tǒng)前后的變化，從而了解控制系統(tǒng)的控制性能，采取階躍信號(hào)作為系輸入，推理算法采用系統(tǒng)默認(rèn)的Max-Min合成法，解模糊方法采用面積中心法，仿真采用固定步長(zhǎng)。

仿真結(jié)果表明，采用參數(shù)設(shè)值合理模糊控制算法，不僅動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線好，還具有超調(diào)量小、響應(yīng)速度快、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度高等優(yōu)點(diǎn)，另外在遇到干擾擾動(dòng)時(shí)，能克服噪聲擾動(dòng)影響，控制質(zhì)量高，魯棒性好。

4結(jié)論

對(duì)具有非線性、時(shí)滯等特點(diǎn)的復(fù)雜系統(tǒng)，模糊控制具有超調(diào)小，響應(yīng)快，穩(wěn)態(tài)精度高的特點(diǎn)，對(duì)擾動(dòng)的干擾具有很好的魯棒性和適應(yīng)能力，能保持較高的控制質(zhì)量，具有明顯的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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