基于现场总线的多变量系统自适应模糊控制研究

摘要

要解决大滞后、非线性、多变量的复杂生产过程的控制问题，发展智能控制是一条有效可行的途径。工业以太网和现场总线技术目前已广泛应用于现代企业生产中，研究在工业网络环境下实现复杂系统的有效控制，是当前控制领域的研究热点，具有广泛的应用前景。
　　 本文选取了原型是特钢厂中测试航空用高温合金性能的“高温持久试验机”上的电炉作为控制对象，其特点具有大滞后、非线性、单项性、不对称偶合性。针对电炉的特点，本文设计了一种自适应模糊控制器，研究了其输入输出语言变量值的隶属度函数和模糊控制规则，利用改进的蚁群算法优化模糊规则；设计了一种自适应模糊调节器，在线调整模糊控制系统的量化因子和比例因子。进行了仿真研究，并与传统的模糊控制进行对比分析，研究结果为实际的电炉控制提供了有效的数据和参数。
　　 本文的另一部分工作就是将设计好的自适应模糊控制器用于现场总线控制系统中，进行实际电炉的温度控制。采用了SIMENS的FCS硬件平台。由于SIEMENS的工业控制器(CPU317-2 PN/DP)内存小，采用结构化语言编写的控制程序比较大，难于实现。针对这个问题，研究了自适应模糊控制器的工业控制网络下的实现。采用STEP7编程软件将复杂的任务分解为独立的功能块，执行时由主循环模块调用，使其控制更加容易，并利用西门子组态软件WinCC设计了系统运行和监控界面。通过实际的电炉实验，并将自适应模糊控制与传统模糊控制进行了对比分析，结果表明本文设计的自适应模糊控制器具有良好的控制品质。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题背景

1.2国内外研究现状

1.2.1电加热炉研究现状

1.2.2自适应模糊控制方法的研究现状

1.3本课题的主要内容和意义

第二章控制对象和实验室通讯网络介绍

2.1控制对象介绍

2.2实验室工业通讯网络介绍

2.2.1实验室西门子工业通讯网络的总体架构

2.2.2 PROFIBUS现场总线

2.2.3工业以太网

2.2.4硬件和软件的组合

2.3本章小结

第三章 模糊控制器的设计

3.1模糊控制系统理论概述

3.2模糊控制器的结构设计

3.3模糊语言变量语言值分档的选取

3.4论域、量化因子及比例因子的选择

3.4.1论域的选择

3.4.2量化因子及其确定方法

3.4.3比例因子的选择

3.5隶属度函数的确定及模糊变量表的建立

3.5.1隶属度函数的确定

3.5.2模糊变量表的建立

3.6模糊控制规则

3.7模糊判决

3.8本章小结

第四章 自适应模糊控制系统的设计及仿真研究

4.1采用自适应模糊控制方法的原因

4.2自适应模糊控制器的设计

4.3蚁群算法优化自适应模糊控制规则

4.3.1蚁群算法概述

4.3.2蚁群觅食原理

4.3.3模糊控制规则的蚁群算法优化

4.4仿真结果及分析

4.5本章小结

第五章 电加热炉模糊控制算法的FCS实现

5.1现场总线实验平台介绍

5.1.1 SIMATIC S7-300PLC简介

5.1.2 STEP7系统

5.2电炉温度控制系统的整体设计

5.3模糊控制程序的设计

5.3.1 SIMATIC S7-300硬件及通讯网络组态

5.3.2控制算法的实现

5.4 WinCC监控系统组态设计

5.5实验调试与分析

5.6本章小结

第六章 结论

6.1论文工作总结

6.2进一步的研究和展望

参考文献

致 谢

研究成果及发表的学术论文

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