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模糊控制理論與應用 第二版 作者 諸靜 機械工業出版社
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目錄
前言
第1章 緒論
1.1 自動控制理論發展簡史
1.2 模糊控制理論
1.3 模糊控制應用領域與現狀
1.4 模糊理論研究的新動向
1.5 模糊控制研究目前存在的主要問題
第2章 模糊控制數學基礎
2.1 模糊集合
2.2 模糊關系
2.3 模糊圖與模糊網路
附錄2-a 幾個運算性質的證明
附錄2-b f集合基本原理的證明與推廣
附錄2-c ii型模糊集
附錄2-d t算則與s算則
第3章 模糊控制基礎理論
3.1 模糊邏輯系統
3.2 模糊控制中的知識表示
3.3 隸屬度函數
3.4 模糊推理
3.5 解模糊化方法
附錄3-a 幾種函數分布例
附錄3-b 模糊條件語句的幾種真域模型
附錄3-c 多重模糊條皮手件語句的幾種表示
附錄3-d 一些常用的模糊蘊涵運算元
第4章 模糊控制器
4.1 模糊控制器的組成
4.2 模糊控制器結構及其分類
4.3 模糊控鋒握州制器設計
4.4 模糊控制器性能分析
4.5 模糊控制器的特點
附錄4-a 模糊控銀蔽制器多值繼電特性
附錄4-b 有關控制規則干涉性的幾個定理證明
第5章 模糊建模與模糊辨識
5.1 系統建模
5.2 基於模糊模型的建模與辨識
5.3 基於t-s模型的模糊建模與辨識
5.4 基於模糊數據相關分析法的建模與辨識
5.5 基於神經網路模糊模型的辨識與建模
5.6 復雜系統的模糊模型參考建模
附錄5-a difnn網路參數的優化
附錄5-b fcmnn的學習演算法
附錄5-c 定理5-3和定理5-5的證明
第6章 模糊控制系統、集成與應用
6.1 模糊控制系統
6.2 模糊集成控制系統
6.3 模糊控制系統的應用
㈡ plc畢業設計開題報告
plc畢業設計開題報告
我們眼下的社會，報告使用的次數愈發增長，報告中提到的所有信息應該是准確無誤的。你所見過的報告是什麼樣的呢？下面是我整理的plc畢業設計開題報告，僅供參考，歡迎大家閱讀。
1、選題意義和背景。
可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller, PLC)具有可靠性高、抗干擾能力強、功能豐富等強大技術優勢，已經成為目前自動化領域的主流控制系統。然而，從目前的應用情況來看，PLC還大都只是承擔最基本的控制功能，如順序控制、數據採集和PID反饋控制。各個PLC廠家也在其產品中設計了PID模塊。雖然PID演算法控制有很高的穩定性，但對於一些復雜控制系統，PID控制很難滿足控制要求，這也使PLC的發展面臨著一種挑戰。隨著越來越多的PLC產品與IEC1131-3標准兼容，PLC控制系統越來越開放，將先進控制演算法嵌入PLC常規控制系統成為可能。本課題從工業控制實際應用角度出發，對PLC的控制功能進行深入的研究和探討，以提高和擴展PLC控制器的應用水平和應用范圍。本課題：PLC先進控制策略的研究與應用，其目的是通過研究使一些先進控制演算法在PLC及組態系統上得以實現，並開發相應的應用程序，經過驗證後最終應用到工業過程式控制制中去。
在PLC組態系統中實現先進控制演算法，包括預測控制演算法和模糊邏輯控制演算法，形成具有人工智慧的控制模塊及網路系統，能大大提高系統的控制水平，改善控制質量。從經濟角度來看，目前PLC生產商的一些產品具備先進控制模塊，如模糊模塊。但它們的價格十分昂貴，且封閉性較強，不適合我國中小型企業的工業改造。因此開發較為通用的先進演算法實現技術，對於我國中小型企業的工業改造具有很大的意義，既可降低生產成本，又可提高經濟效益。
模糊控制與預測控制是智能控制陵態罩中技術較為成熟的分支，因此，研製和開發出適合工業環境的實時先進控制開發工具，實現模糊控制、預測控制嵌入PLC,與常規控制集成運行，讓先進控制從教授、專家手中走出來，實現先進閉氏控制的工程化、實用化、轉化為社會生產力，對縮短控制系統開發周期，加快先進控制技術的廣泛應用，提高我國的工業自動化水平有著重大的意義。
2、論文綜述/研究基礎。
在過程工業界，從40年代開始，採用PID控制規律的單輸入單輸出簡單反饋控制迴路己成為過程式控制制的核心系統。目前，PID控制仍廣泛應用，即便是在大量採用DCS控制的最現代的工業生產過程中，這類迴路仍占總迴路80%-90%.這是因為PID控制演算法是對人的簡單而有效操作的總結和模仿，足以維護一般過程的平穩操作與運行，而且這類演算法簡單且應用歷史悠久，工業界比較熟悉且容易接受。
然而，單迴路PID控制並不能適用於所有的過程和不同的要求[4}0 50年代開始，逐漸發展了串級、比值、前饋、均勻和Smith預估控制等復雜控制系統，即當時的先進控制系統，在很大程度上滿足了單變數控制系統的一些特殊的控制要求。在工業生產過程中，仍有10%-20%的控制問題採用上述控制策略無法奏效，所涉及的被控過程往往具有強藕合性、不確定性、非線性、信息不完全性和大純滯後等特性，並存在著苛刻的約束條件，更重要的是它們大多數是生產過程的核心部分，直接關繫到產品的質量、生產率和成本等有關指標。隨著過程工業日益走向大型化、連續化，對工業生產過程式控制制的品質提出了更高的要求，控制與經濟效益的矛盾日趨尖銳，迫切需要一類合適的先進控制策略。自50年代末發展起來的以狀態空間方法為主體的現代控制理論，為過程式控制制帶來了狀態反饋、輸出反饋、解疆控制、自適應控制等一系列多變數控制系統設計方法}s}.上述多變數控制策略有其自身的不足之處，工業過程的復雜性使得建立其正確的數學模型比較困難。同時，計算機技術的持續發展使得尺鬧計算機控制在工業生產過程中得到了廣泛的應用，強大的計算能力可以用來求解過去認為是無法求解的問題，這一切都孕育著過程式控制制領域的新突破。
整個80年代，出現了許多約束模型預測控制的工程化軟體包。通過在模型識別、優化演算法、控制結構分析、參數整定和有關穩定性和魯棒性研究等一系列工作，基於模型控制的理論體系己基本形成，並成為目前過程式控制制應用最成功，也最有前途的先進控制策略。近年來，人工智慧技術有了長足的長進並在許多科學與工程領域中取得了較廣泛的應用。就過程式控制制而言，專家系統、神經網路、模糊系統是最有潛力的三種工具。專家系統可望在過程故障診斷、監督控制、檢測儀表和控制迴路有效性檢驗中獲得成功應用。神經網路則可以為復雜的非線性過程的建模提供有效的方法，進而可用於過程軟測量和控制系統的設計上。模糊系統不僅是行之有效的模糊控制理論基礎，而且有望成為表達確定性和不確定性兩類混合並提煉這些經驗使之成為知識進而改進以後的控制，也將是先進控制的重要內容。
由於先進控制受控制演算法的復雜性和計算機硬體兩方面因素的影響，早期的先進控制演算法通常是在PC機和UNIX機上實施的。隨著DCS功能的不斷增強，更多的先進控制策略可以與基本控制迴路一起在DCS控制站上實現。國外發達國家幾乎所有企業都採用了DCS系統或其它智能化設備來實現對生產過程的控制，並在此基礎上通過實施先進控制與優化較大的提升了系統的性能。可以說，高性能控制系統，尤其是DCS系統的普及為先進控制的應用提供了強有力的硬體和軟體平台。國外從70年代末就開始了先進控制技術商品化軟體的開發及應用，並在DCS的基礎上實現先進控制和優化。如愛默生公司的DeltaV和Honeywell公司的TDC3000,其先進控制軟體RMPGT和RPID等在現場的實際應用都集中在自己的DCS系統上。傳統的PLC由於不支持浮點運算以及先進控制所必須的精確的時間，因此，除了模糊邏輯控制外，其他的先進控制並沒有在PLG平台上實現。然而，在過程工業中大多系統使用先進靈活的PLC控制系統，因此1996年Barnes提出了一種基於PC-PLC通訊的混合方式，通過控制網路實現計算機與PLG的通訊，從而實現先進控制。
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4、論文提綱。
第三章PLC模糊控制器的研究與實現
3.1模糊控制演算法與系統
3.1.1模糊控制理論
3.1.2模糊控制系統
3.1.2.1模糊控制器的組成
3.1.2.2模糊控制演算法
3.1.2.3模糊控制器的結構
3.2 PLC模糊控制器設計
3.2.1 PLC模糊控制器結構
3.2.2模糊控制器離線部分設計
3.2.2.1模糊控制器離線部分演算法設計內容
3.2.2.2基於MATLAB模糊邏輯工具箱的設計
3.2.3 STEP7實現模糊控制器設計
3.2.3.1模糊演算法流程圖
3.2.3.2模糊演算法的功能塊
3.2.4 PLC模糊控制器的模擬驗證
3.2.4.1模擬系統的建立
3.2.4.2模擬結果驗證
第四章PLC預測控制器的研究與實現
4.1廣義預測控制演算法
4.1.1單值廣義預測控制
4.1.2單值廣義預測控制律計算
4.2 PLC單值廣義預測控制器的設計與實現
4.2.1單值廣義預測演算法的實現步驟
4.2.2單值廣義預測控制器的設計
4.3單值廣義預測控制器的模擬驗證
4.3.1模擬模型的建立
4.3.2模擬結果分析比較
第五章基於PLC的空調性能檢測實驗室計算機控制系統
5.1工藝流程與控制方案
5.1.1工藝過程簡述
5.1.2控制要求
5.1.3控制方案設計
5.2控制系統結構及配置
5.3監控系統組態設計
5.4 57-300 PLC控制系統設計
5.4.1硬體系統組態
5.4.2 PLC控製程序設計
5、論文的理論依據、研究方法、研究內容。
目前，PLC的應用十分廣泛，涉及到過程式控制制的方方面面。但在控制策略上，它依然沿用傳統的PID控制。許多PLC開發商把PID演算法做成模塊，固化在PLC中。
但從長遠角度看，對於一些復雜的控制系統，PID很難滿足控制要求，這就需要把先進的控制演算法嵌入到PLC的設計中。本課題以此為主要研究內容。
工業過程的復雜性以及對於控制日益提高的要求，各種先進控制演算法越來越多地深入到控制領域，但由於PLC的編程目前還限於低級語言(如梯形圖)，所以，給在PLC上實現先進控制演算法帶來了困難。SIEMENS在PLC的編程系統STEP7中提供了比較豐富的功能模塊，因此，本課題首先是通過對控制演算法的研究與改進和對STEP?功能的開發，使先進控制策略在S7-300 PLC上得以較好的實現。本論文重點研究基於PLC的模糊控制器的實現，這一領域目前研究的比較多，因此在總結前人研究方法的基礎上，設計出一個基於PLC的通用的模糊控制器，並使其固化在STEP7軟體中。此外，對於PLC預測控制雖已有一些研究，但都僅限於理論方面，尚未給出PLC上實現的實例。本課題也想在此方面有所創新，開發出基於PLC的預測控制實現技術。
本論文第一章簡要介紹了課題的來源背景、主要內容、目的意義以及國外相關工作的研究狀況等。
第二章介紹了SIMATIC S7-300 PLC的主要特點，系統組成及控制系統的配置與實現，同時介紹了STEP?軟體的功能及結構，組態環境，以及一些基本演算法的實現方法。
第三章重點闡述了模糊控制的基本理論、模糊控制演算法、模糊控制器的結構及設計方法。提出了基於PLC的模糊控制器的實現方法，即採用MATLAB離線設計，PLC在線查詢的方式。給出了STEP?實現模糊演算法的流程圖及部分程序。
最後建立一個過程模擬系統，對PLC模糊控制器進行模擬驗證。
第四章介紹了預測控制的基本理論，重點闡述了廣義預測控制演算法，並結合PLC的特點，提出了基於PLC的.單值廣義預測控制器的設計方法，給出了STEP7實現單值廣義預測演算法的步驟與流程圖。最後建立一個二階大滯後的對象模型，構成模擬控制系統，與PID控制進行比較分析，驗證PLC預測控制器的有效性。
第五章是作者在研究生期間參加的某空調性能檢測實驗室基於PLC實現的計算機控制系統，從系統控制方案的設計、系統配置和硬體構成、監控系統的設計等幾個方面分別進行了詳細的論述。
第六章結論與體會，總結自己在課題研究和項目研究的過程中的一些體會和心得，分析了工作中的不足，提出了以後工作的注意事項，改進方法。
6、研究條件和可能存在的問題。
I.盡快建立樣板工程，把己經取得的研究成果應用到工程實際過程中，通過實踐檢驗，發現問題以便不斷改進和提高。
2. PLC預測控制器目前只應用了簡單的單值廣義預測演算法，有其自身的局限性，如控制精度不高。目前，應用較為成熟的是MPC演算法，因此可以把PLC-MPC控制器作為今後研究的一個重點。
3.對於PLC模糊控制器的改進，主要是在演算法上，為了提高控制效果，單純的模糊演算法是不足的，改進型模糊演算法如模糊PID可以改善控制器性能，因此可以開發PLC模糊PID控制器。
4.進一步挖掘STEP?軟體的功能，開發過程對象模擬模塊，給出基於PLC建立模擬系統的方法和步驟，為工業實阮應用縮短調試時間，保證系統的可靠性。
7、預期的結果。
1.通過對先進控制各種演算法的分析比較，對先進控制理論有了進一步認識，從中學到了不少解決問題的方法，理解了傳統控制方法與先進控制方法的區別。
2.基於PLC實現先進控制與基於PC實現先進控制相比較，最重要的一個優勢在於PLC實現先進控制不需要通訊協議，而基於PC實現先進控制，在系統設計和運行之前必須正確的配置PC與PLC之間的通訊協議，因此可以降低系統得開發時間。其次，在系統運行時，在下位機上完成先進控制演算法比在上位機完成更具有實時性。在可靠性方面，由於基於PC實現先進控制，現場的數據和信號要經過通訊傳給上位機，這難免會出現數據的丟失和信號的誤差，從而使系統的控制精度下降，而基於PLC實現先進控制避免了這類現象的發生。
3.西門子57-300 PLC功能強、處理速度快、模塊化結構易於擴展，被廣泛的應用於自動化控制系統中;其相應開發軟體STEP7採用模塊化編程方法，提供多種編程語言，豐富的功能模塊，能實現較為復雜的功能和演算法。因此二者結合 起來，為先進控制的設計與開發提供了很好的軟硬體平台。
4. PLC模糊控制器採用MTALAB離線設計和PLC在線查表的方法，把復雜的模糊推理過程交給計算機離線完成，得到模糊控制量查詢表供PLC在線調用。此方法將復雜瑣碎的模糊控制系統的開發工作變得簡單明了，大大縮短了開發周期，同時也提高的PLC控制的實時性，是目前被廣泛採用且效果良好的PLC模糊控制器的設計方法。
5. PLC單值廣義預測控制器採用簡單實用的單值廣義預測控制演算法，它需要調整參數少、在線計算時間短，可適用於PLC類控制采樣周期較短的快速動態過程系統。模擬結果表明：PLC單值廣義預測控制器保持了預測控制的性能，控制效果較PID控制有很大改善，同時具有計算量小，響應迅速的優點。
8、論文寫作進度安排。
20xx.05-20xx.06 開論文會議
20xx.06-20xx.07 確定論文題目
20xx.07-20xx.02 提交開題報告初稿
20xx.02-20xx.06 提交論文初稿
20xx.07-20xx.08 確定論文終稿
20xx.08-20xx.09 論文答辯
㈢ 模糊控制理論_模糊控制理論的探索與研究
模糊控制模仿人的決策能力和推理功能，是又一類智能控制的形式。本文研究模糊控制理論及其實現。模糊控制的基本思想就是利用計算機來實現人的控制經驗，而人的控制經驗一般是由語言來表達的，這些語言表達的控制規則又帶有相當的模糊性。因此要了解被控對象數學模型的結構、階次、參數等，然後在此基礎上合理選擇控制策略。
模糊邏輯控制（Fuzzy Logical Control）簡稱模糊控制（Fuzzy Control），是以模糊集合論、模糊語言變數和模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數字控制技術。在傳統的控制領域里，控制系統動態模式的精確與否是影響控制優劣的關鍵所在，系統動態的信息越詳細，則越能達到精確控制的目的。然而，對於復雜的系統，由於變數太多，往往難以正確描述系統的動態，於是工程師便利用各種方法來簡化系統動態，以達成控制的目的，但卻不理想。換言之，傳統的控制理論對於明確系統有強而有力的控制能力，但對於過於復雜或難以精確描述的系統，則顯得無能為力。因此嘗試以模糊數學來處理這些控制問題。
如人工控制反應釜的釜內溫度經驗可以表達為：若釜內溫度過高，則開大冷水閥；若溫度和要求的溫度相差不太大，則把水閥關小；若溫度快接近要求的溫度，則把閥門關得很小。這些經驗規則中，「較小」「不太大」「接近」「開大」「關小」「關得很小」等表示溫度狀態和控制閥門動作的概念都帶有模糊性。這些規則的形式正是模糊條件語句的形式，可以用模糊數學的方法來描述過程變數和控製作用的這些模糊概念及它們之間的關系，又可以根據這種模糊關系及某時刻過程變數的檢測值（需化成模糊語言值）用模糊邏輯推理的方法得出此刻的控制量。這正是模糊控制的基本思路。
模糊控制理論發展至今，模糊邏輯推理的方法大致可分為3種，第一種依據模糊關系的合成法則；第二種依據模糊邏輯的推論法簡化而成；第三種和第一種相類似，只是其後件部分改由一般的線性式組成。
由於模糊控制器的模型不是由數學公式表達的數學模型，而是由一組模糊條件語句構成的語言形式，因此從這個角度上講，模糊控制器又稱模糊語言控制器。模糊控制器的模型是由帶有模糊性的有關控制人員和專家的控制經驗與知識組成的知識模型，是基於知識的控制，因此，模糊控制屬於智能控制的范疇。
可以說，模糊控制是以人的控制經驗作為控制的知識模型，以模糊集合、模糊語言變數以及模糊邏輯推理作為控制演算法的數學工具，用計算機來實現的一種智能控制。
1 模糊控制系統的組成
模糊控制系統的基本原理圖如圖1所示。其中的核心部分為模糊控制器，由於模糊控制器的控制規則是根據操作人員的控制經驗取得的，所以它的作用就是模仿人工控制。模糊控制器的控制規律由計算機的程序實現。其功能的實現是要先把計算機觀測控制過程得到的精確量轉化為模糊輸入信息，按照總結人的控制經驗及策略取得的語言控制規則進行模糊推理和模糊決策，再經去模糊化處理得到輸出控制的精確量，求得輸出控制量的模糊集作用於清逗神被控對象。因此，控制器的結構通常是由它的輸入和輸出變數的模糊化、模糊推理演算法、模糊合成和模糊答虧判決等部分組成。
2 模糊控制器的設計原理
模糊控制器結構如圖2所示。模糊控制器主要由模糊化、模糊推理和模糊決策（反模糊化）3部分組成。模糊控制器的輸入是實際量，經模糊化後轉換成模糊輸入。根據輸入條件滿足的程度和控制規則進行模指運糊推理得到模糊輸出。該模糊輸出經過模糊判決（反模糊化）轉化成非模糊量用於過程的控制。
模糊控制器3部分的共同基礎是知識庫，它包含模糊化所用的隸屬函數、模糊推理的控制規則及反模糊化所用的公式。和常規控制方法比較，模糊控制有其明顯的優越性。由於模糊控制實質上是用計算機去執行操作人員的控制策略，因而可以避開復雜的數學模型。對於非線性、時變的大滯後及帶有隨機干擾的系統，由於數學模 型難以建立，因而常規控制方法也就失效；而對這樣的系統，設計一個模糊控制器卻沒有多大困難。
3 小結
模糊控制的精度受到量化等級的制約。另外，對於普通的模糊控制而言，它類似於比例微分的控制方式，還有一個非零的穩態誤差，屬於有差調節。如果將PID控制技術和它結合起來，取長補短，發揮兩者的優勢，就能取得更好的控制效果。
㈣ 求關於模糊控制基本原理的相關知識，以及對PID的控制
常規PID控制理論
PID控制經過半個多世紀的發展，已經成為工業過程式控制制中生命力最頑強、應用最廣泛的基本控制策略。由於規律簡單、魯棒性好、運行可靠、易於實現等特點，在微處理技術迅速發展的今天，仍是目前工業生產過程式控制制系統中應用最廣泛的一類控制器[20]。PID調節器實際是一個放大系數可自動調節的放大器，動態時，放大系數較低，可以防止系統出現超調與振盪；靜態時，放大系數較高，可以蒱捉到小誤差信號，提高控制精度。
PID控制器是把比例、積分和微分作用結合起來，以利用其各自的優點，通過線性組合作為控制器的輸出量，作用於被控對象
PID控制器內各環節作用如下所述：
（1）比例環節實時地按照一定比例反映系統的偏差量 ，即一旦偏差出現，控制器立即產生控製作用，以減小偏差。比例系數KP越大，系統的調整時間就越短，穩態誤差也越小，但KP過大，會造成超調量過大，引起系統不穩定。
（2）積分環節消除系統的穩態誤差，提高系統的無差度。積分信敗系數KI越大，積分作用越強，穩態誤差越小，調整時間越短，但KI大，會造成穩定性變差。
（3）微分環節能及時地反映偏差量的變化趨勢和變化率，有效改善系統的動態性能。通常，微分系數KD大，系統超調量減小，但KD大，也會造成系統穩定性下降。
5.1.2 模糊控制理論
模糊邏輯控制（Fuzzy Logic Control）簡稱模糊控制（Fuzzy Control），是以模糊集清早合論、模糊語言變數和模糊邏輯推理為基礎的一種智能控制方法。它的誕生是以美國的L.A.Zadeh1965年提出的模糊集合論為標記的；1973年他給出了模糊邏輯控制的定義和相關的定理。1974年，英國的E.H.Mamdani首先利用模糊數學理論進行蒸汽機和鍋爐控制方面的研究，並且獲得成功，從此模糊控制的研究和應用一直十分活躍。
與傳統控制器依賴於系統行為參數的控制器設計方法不同的是模糊控制器的設計是依賴於操作者的經驗，因此模糊控制器實現了人的某些智能，是智能控制的一個重要分支，對於非線性控制應用廣泛。
模糊控制的基本思想是利用計算機來實現人的控制經驗，而這些經驗多是用語言表達的具有相當模糊性的控制規則。
模糊控制主要具有以下幾個顯著的特點：
（1） 模糊控制是一種基於規則的控制；
（2） 適應性強；
（3） 系統的魯棒性較強滑正顫，對參數變化不靈敏；
（4） 系統的規則和參數整定方便；
（5） 結構簡單[21][22]。
模糊控制器主要包含三個功能環節：用於輸入信號處理的模糊量化和模糊化環節，模糊控制演算法功能單元，以及用於輸出解模糊化的模糊判決環節。
模糊控制具有良好控制效果的關鍵是要有一個完善的控制規則。但由於模糊規則是人們對過程或對象模糊信息的歸納，對高階、非線性、大時滯、時變參數以及隨機干擾嚴重的復雜控制過程，人們的認識往往比較貧乏或難以總結完整的經驗，這就使得單純的模糊控制在某些情況下很粗糙，難以適應不同的運行狀態，影響了控制效果。