模糊理論在加熱控制系統中的應用

摘要：將模糊控制理論引入加熱系統中，以解決溫度穩定性控制的問題，由于TMS320LF2407具有高速的運算能力，因此運用其對數據進行采集和運算處理，試驗結果證明了其有效性。文章對模糊理論在加熱控制系統中的應用進行了探討。

關鍵詞：模糊控制理論；DSP；溫度控制；加熱系統；數據采集；運算處理 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2016）27-0048-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.022

TMS320LF2407是美國國家儀器公司推出的16位數字信號處理器，是定點數字信號處理器C2000平臺系列中的成員。它既有內核增強型TMS320設計結構，又適用于電機控制的低功耗、高性能、優化外圍電路，CPU采用了增強型哈佛結構，每條指令大約在33ns完成，具有功耗低、運算速度快、片內資源豐富的特點，在工農業控制領域有著較為廣泛的應用。

模糊控制理論受到人們的廣泛關注，在學術界也受到了相關專業研究學者的重視，在機械、化工、現代化農業、食品生產等多個領域中發揮著極其重要的作用。模糊邏輯提供了一種基于專家知識的、語義描述的不確定推理方法。模糊控制系統的設計不要求知道被控對象的精確數學模型，只要提供專家或操作人員的經驗知識和操作數據。因此不能建立精確數學模型的繁冗系統采用模糊控制理論往往能獲得良好的控制效果，而且其硬件電路的設計也相對簡化。模糊控制理論對大規模系統、多目標系統、非線性系統具有有效的控制能力。

將模糊控制理論引入加熱系統中，以解決溫度穩定性控制的問題，由于TMS320LF2407具有高速的運算能力，故運用其對數據進行采集和運算處理。

1 模糊控制器的設計

設水溫給定為Td，系統實際水溫為T，則水溫誤差e=Td-T，取其語言變量為E，論域X={-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}，論域上的模糊子集是Ai（i=1，2，…，7），其對應的語言值為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。分別表示當前水溫相對應于設定值Td為：“極低”“很低”“偏低”“正好”“偏高”“很高”“極高”。

系統水溫誤差前后兩次采樣值的變化量是ec=e2-e1=（Td-T1）-（Td-T2）=T2-T1，取其語言變量為EC，論域Y={-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}，論語上的模糊子集是Bi（i=1，2，…，7），其對應的語言值為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。分別表示當前水溫的變化T2-T1為：“快速升高”“較快升高”“升高”“不變”“降低”“較快降低”“快速降低”。

系統輸出控制量u，其語言變量為U，論域Y={-3，-2，-1，0，+1，+2，+3}，論域上的模糊子集是Ck（k=1，2，…，7），其對應的語言值為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。溫度偏差e和偏差變化ec模糊論域均為{-3，-2，-1，0，1，2，3}，對應的語言值為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。對上述各語言值給定其模糊化的隸屬度函數，三個模糊集合均選擇高斯型函數。

根據現場操作人員的經驗，把所有可能的輸入輸出情況計算出來，將結果存入一個表格，稱為模糊控制規則表。模糊控制規則的描述如表1所示：

2 加熱系統的設計

整個加熱系統以TMS320LF2407為核心，其IOPA0～IOPA7口接4×4的鍵盤P0～P7口，其IOPB0～IOPB7接液晶（HS162-4），其IOPE1、OPE2、IOPE7分別接HS162-4的E、R/W、RS，構成了系統的鍵盤顯示部分。TMS320LF2407的IOPE3接固態繼電器的第3端，鉑電阻置加熱器內壁，另一端接8552，8552輸出端接TMS320LF2407的ADIN0，構成了系統的控制部分。

TMS320LF2407有多達41個通用、雙向的數字I/O引腳，選用HS162-4型鍵盤模塊和液晶模塊與TMS320LF2407的通用I/O完成鍵盤和液晶顯示模塊。運用LF2407的通用I/O經過掃描能識別鍵盤上按鍵的鍵號，并通過HS162-4顯示出來。

程序遵循結構化、模塊化的設計方法，各個模塊分別進行編程及調試后組成一個完整的程序。其不同之處在于控制程序部分使用了模糊算法以提高對溫度穩定性的有效控制。

實驗結果如表3所示（單位為℃），加熱系統的溫度誤差不超過0.2℃，基本達到設計要求。

3 結語

將模糊控制理論引入加熱系統當中，從而解決溫度穩定性控制的問題，并運用數字信號處理器的高速運算的能力處理數據，從而使溫度顯示具有較好的實時性，實驗結果表明了整個系統的可行性和實用性。

參考文獻

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作者簡介：吳小亮（1981-），女，新疆昌吉人，寶雞鐵路技師學院講師，研究方向：自動控制、內燃機車電傳動。

（責任編輯：蔣建華）