CN101782316A - 一种热风类干燥机的模糊控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热风类干燥机的模糊控制系统，用以调节热风类干燥机的热风温度。该系统包括反馈模块、伺服模块及控制模块，该控制模块用于接收一给定温度值，以及反馈模块所采集的干燥机所输出的热风的实际温度值，对二值进行比较获得一偏差值，对偏差值进行微分获得一偏差值微分，对偏差值及偏差值微分模糊化处理后，查询一预设的控制决策表，获得一映射控制量，将映射控制量作为一控制信号发送给伺服模块以调节干燥机所输出的热风的温度。本发明系统实现了热风类干燥机的热风温度的调节，可应用于木材烘干机及石膏板干燥机等设备上。

Description

一种热风类干燥机的模糊控制系统

技术领域

本发明涉及一种干燥机的模糊控制系统，尤其涉及一种热风类干燥机的模糊控制系统。

背景技术

现有技术中，大多数的热风类干燥机，由于其时间常数较大，因此一般都是大迟滞系统。大迟滞系统的温度控制本身就是一个难度较大的问题，再加上热风类干燥机的数学模型不易建立，从而导致热风温度控制精度较低。

木材烘干机、石膏板干燥机等等，均是常见的热风类干燥机。其中石膏板干燥机应用在石膏板生产线上。石膏板的生产是一个连续的生产过程，石膏板的干燥是石膏板生产的一个重要环节，其干燥程度直接影响到石膏板成品的质量。

目前，石膏板的干燥主要是通过干燥机提供的热风，来烘干石膏板中的水分。干燥机热风温度的控制当前主要基于经典的控制理论。然而由于干燥机本身数学模型比较复杂，选用经典的控制理论和方法，如比例积分(PI)或比例积分微分(PID)调节，对系统性影响较小，温度控制效果不好，精度一般只能控制在2％左右。

因此，有必要改进现有控制手段来较高精度地调节热风类干燥机所输出的热风温度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在于需要提供一种热风类干燥机的模糊控制系统，用以调节热风类干燥机的热风温度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种热风类干燥机的模糊控制系统，用以调节所述干燥机的热风温度，包括反馈模块及伺服模块，还包括：

控制模块，与所述反馈模块及伺服模块相连，用于接收一给定温度值，以及所述反馈模块所采集的所述干燥机所输出的热风的实际温度值，对所述给定温度值及实际温度值进行比较获得一偏差值，对所述偏差值进行微分获得表示该偏差值变化速率的一偏差值微分，对所述偏差值及偏差值微分模糊化处理后，查询一预设的控制决策表，获得一映射控制量，将所述映射控制量作为一控制信号，并将所述控制信号发送给所述伺服模块以调节所述干燥机所输出的热风的温度。

如上所述的热风类干燥机的模糊控制系统，所述控制模块可以包括：

比较子模块，用于接收所述给定温度值及实际温度值，并对所述给定温度值及实际温度值进行比较，获得所述偏差值；

微分子模块，与所述比较子模块相连，用于对所述偏差值进行微分运算，获得所述偏差值微分；及

模糊控制子模块，与所述比较子模块及微分子模块相连，用于存储根据模糊控制理论预设的一偏差模糊子集及一偏差微分模糊子集，以及预设的一控制决策表；用于将所述偏差值映射到所述偏差模糊子集，获得一偏差论域值，以及将所述偏差值微分映射到所述偏差微分模糊子集，获得一偏差微分论域值，根据所述偏差论域值及偏差微分论域值查询所述控制决策表，获得一输出论域值，根据所述输出论域值获得所述映射控制量。

进一步地，所述模糊控制子模块可以包括：

存储单元，用于存储所述偏差模糊子集、偏差微分模糊子集及控制决策表；

第一映射单元，与所述比较子模块、微分子模块及存储单元相连，用于将所述偏差值映射到所述偏差模糊子集，获得所述偏差论域值，将所述偏差值微分映射到所述偏差微分模糊子集，获得所述偏差微分论域值；

查询单元，与所述存储单元及第一映射单元相连，用于根据所述偏差论域值及偏差微分论域值查询所述控制决策表，获得所述输出论域值；及

第二映射单元，与所述查询单元相连，用于根据所述输出论域值获得所述映射控制量。

如上所述的热风类干燥机的模糊控制系统，所述控制模块可以进一步对所述映射控制量及偏差值进行加权求和处理，将处理结果作为所述控制信号。

进一步地，所述控制模块可以将所述偏差值进行加权处理获得一比例控制量，将所述映射控制量及比例控制量进行叠加，将叠加结果作为所述控制信号。

如上所述的热风类干燥机的模糊控制系统，所述控制模块可以进一步包括：

加权求和子模块，与所述比较子模块及模糊控制子模块相连，用于对所述偏差值及映射控制量进行加权求和处理，将处理结果作为所述控制信号。

进一步地，所述加权求和子模块可以包括：

比例单元，与所述比较子模块相连，用于对所述偏差值进行加权处理，获得一比例控制量；及

叠加单元，与所述模糊控制子模块及比例单元相连，用于对所述映射控制量及比例控制量进行叠加，将叠加结果作为所述控制信号。

与现有技术相比，本发明各种实施方式实现了热风类干燥机的热风温度的调节，提高了干燥机的热风温度控制效果和控制精度，使得整个干燥机及干燥系统更加稳定。

附图说明

图1为本发明热风类干燥机的温度模糊控制系统一实施例的组成示意图。

图2为图1所示系统实施例中反馈模块的组成示意图。

图3为图1所示系统实施例中控制模块的组成示意图。

图4为图3所示控制模块中模糊控制子模块的组成示意图。

图5为图3所示控制模块中加权求和子模块的组成示意图。

图6为图1所示系统实施例实现热风温度控制的一方法流程示意。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

图1为本发明热风类干燥机的温度模糊控制系统一实施例的组成示意图。如图所示，该模糊控制系统实施例100用以较高精度地调节热风干燥机200的热风温度，其主要包括反馈模块120、控制模块130及伺服模块140，其中：

反馈模块120，用于采集热风干燥机200所输出的热风的实际温度值，获得包含该实际温度值的温度信号后，将该温度信号根据需要转换为反馈信号后发送给控制模块130；其中该反馈信号比如是电压信号或者电流信号，包含热风干燥机200所输出的热风的实际温度值。

控制模块130，与反馈模块120相连，用于接收含有一给定温度值的一输入信号及反馈模块120的反馈信号，对给定温度值和实际温度值进行比较，获得给定温度值和实际温度值的偏差值e，其中的给定温度值是根据工艺要求而预设的，对该偏差值e进行微分运算，获得表示该偏差值变化速率的偏差值微分ec，然后对偏差值e和偏差值微分ec模糊化处理后作为两个输入信号，即将偏差值e映射到根据模糊控制理论预设的偏差模糊子集，获得一属于该偏差模糊子集的偏差论域值E，将偏差值微分ec映射到根据模糊控制理论预设的偏差微分模糊子集，获得一属于该偏差微分模糊子集的偏差微分论域值EC，计算表达式如下：

E＝k₁×e                  (式1)

EC＝k₂×ec                (式2)

其中：

e为对给定温度值和实际温度值进行比较的偏差值；

ec为偏差值e的微分；

E为偏差值e映射到偏差模糊子集论域中的偏差论域值；

EC为偏差值微分ec映射到偏差微分模糊子集论域中的偏差微分论域值；

k₁为偏差值e的量化因子；

k₂为偏差值微分ec的量化因子。

然后根据偏差论域值E及偏差微分论域值EC查询一根据岗位操作经验而预设的控制决策表，获得一鼓风量输出论域值U，然后根据下式对该论域值U进行映射，获得一映射控制量u₁为：

u₁＝k₃×U                    (式3)

其中：

U为鼓风量输出论域值；

u₁为模糊控制器输出的映射控制量；

k₃为论域值U的量化因子。

然后将映射控制量u₁和偏差值e进行加权求和，将加权求和的结果作为一控制信号。比如将映射控制量u₁和比例于偏差值e的比例控制量u₂相加，获得一控制信号u，即根据如下表达式：

u＝u₁+u₂                            (式4)

u值即为控制模块130输出给伺服模块140的控制信号。当然，在其他的实施例中，也可以对映射控制量u₁和偏差值e设置其他数量的加权系数并求和后将结果作为该控制信号，或者直接以该映射控制量u₁作为该控制信号，只要根据实际实施情形获得满足实际需要的控制信号u均可。

伺服模块140，与控制模块130相连，根据控制模块130输出的控制信号u调节热油、热水或者水蒸气阀门的开度大小，控制热油、热水或者水蒸气流量，从而调节热风干燥机200的热风温度。

图2为上述模糊控制系统实施例100中反馈模块120的组成示意图。如图2所示，该反馈模块120至少包括检测元件210及反馈子模块220，其中：

检测元件210，用于采集热风干燥机200所输出的热风的实际温度值，获得包含该实际温度值的温度信号；及

反馈子模块220，与检测元件210相连，用于将该温度信号根据需要转换为反馈信号后反馈给控制模块130。

图3为上述模糊控制系统实施例100中控制模块130的组成示意图。如

图3所示，该控制模块130主要包括：

比较子模块310，用于接收输入信号及反馈信号，并对输入信号中的给定温度值及反馈信号中的实际温度值进行比较，获得偏差值e；

微分子模块320，与比较子模块310相连，用于对该偏差值e进行微分运算获得表示该偏差值变化速率的偏差值微分ec；

模糊控制子模块330，与比较子模块310及微分子模块320相连，用于存储根据模糊控制理论预设的偏差模糊子集及偏差微分模糊子集，以及预设的一控制决策表；用于将偏差值e映射到该偏差模糊子集，获得一属于该偏差模糊子集的偏差论域值E，将偏差值微分ec映射到该偏差微分模糊子集，获得一属于该偏差微分模糊子集的偏差微分论域值EC，根据该偏差论域值E及偏差微分论域值EC查询该控制决策表，获得一输出论域值U，根据该输出论域值U获得一映射控制量u₁；及

加权求和子模块340，与比较子模块310及模糊控制子模块330相连，用于对比较子模块310所获得偏差值e及模糊控制子模块330所获得的映射控制量u₁进行加权求和处理，将所得结果作为一控制信号，输出给伺服模块140。

图4为上述控制模块130中模糊控制子模块330的组成示意图。如图4所示，该模糊控制子模块330主要包括：

存储单元332，用于存储根据模糊控制理论预设的偏差模糊子集及偏差微分模糊子集，还用于存储一预设的控制决策表；

第一映射单元334，与比较子模块310、微分子模块320及存储单元332相连，用于将偏差值e映射到该偏差模糊子集，获得属于该偏差模糊子集的偏差论域值E，将偏差值微分ec映射到该偏差微分模糊子集，获得属于该偏差微分模糊子集的偏差微分论域值EC；

查询单元336，与存储单元332及第一映射单元334相连，用于根据该偏差论域值E及偏差微分论域值EC查询该控制决策表，获得输出论域值U；及

第二映射单元338，与查询单元336及加权求和子模块340相连，用于根据该输出论域值U获得映射控制量u₁。

图5为上述控制模块130中加权求和子模块340的组成示意图。如图5所示，该加权求和子模块340主要包括：

比例单元342，与比较子模块310相连，用于对偏差值e进行加权处理，获得一比例控制量u₂；及

叠加单元344，与模糊控制子模块330及比例单元342相连，用于对该映射控制量u₁及该比例控制量u₂进行叠加，获得该控制信号，以输出给伺服模块140。

需要说明的是，该比例单元342仅对比较子模块310所获得的偏差值e进行了加权处理，叠加单元344直接对模糊控制子模块330所获得的映射控制量u₁进行了叠加，不同的实施情形下，比例单元342还可以对模糊控制子模块330所获得的映射控制量u₁进行加权处理(或者还有实施例对映射控制量u₁和偏差值e分别进行加权)，然后再进行求和处理，将获得的结果作为该控制信号。

图6为上述模糊控制系统实施例100在应用时如何实现温度控制的一方法流程示意。如图6所示，该方法流程包括如下步骤：

步骤S610，采集热风类干燥机所输出的热风的实际温度值，获得包含该实际温度值的温度信号，并将该温度信号根据需要转换为反馈信号，该反馈信号比如是电压信号或者电流信号，包含热风类干燥机所输出的热风的实际温度值；

步骤S620，接收含有一给定温度值的一输入信号，其中该给定温度值是根据工艺要求而预设；

步骤S630，对给定温度值和实际温度值进行比较，获得给定温度值和实际温度值的偏差值e；

步骤S640，对该偏差值e进行微分运算，获得表示该偏差值变化速率的偏差值微分ec；

步骤S650，对偏差值e和偏差值微分ec模糊化处理，获得两个输入信号；

步骤S660，根据上述两个输入信号，查询一根据岗位操作经验而预设的控制决策表，获得一输出论域值U；

步骤S670，根据输出论域值U获得一映射控制量u₁；

步骤S680，对映射控制量u₁和偏差值e进行加权求和处理，将加权求和处理的结果作为一控制信号u；比如将映射控制量u₁和比例于偏差值e的比例控制量u₂相加，获得该控制信号u；及

步骤S690，根据该控制信号u调节热油、热水或者水蒸气阀门的开度大小，控制热油、热水或者水蒸气流量，从而调节干燥机的热风温度。

其中，上述步骤S650对偏差值e和偏差值微分ec模糊化处理，获得两个输入信号的步骤，具体实现过程可以是将偏差值e映射到根据模糊控制理论预设的偏差模糊子集，获得一属于该偏差模糊子集的偏差论域值E，将偏差值微分ec映射到根据模糊控制理论预设的偏差微分模糊子集，获得一属于该偏差微分模糊子集的偏差微分论域值EC，计算表达式如上述式1和式2所示。

以下举一例子对上述步骤S650至步骤S670进行说明。但需要注意的是，以下所举例子仅是为了方便说明和便于理解，本发明并没有限定具体实现方式。

设定模糊控制温度偏差值e的阈值为30，即其基本论域为[-30，30]，变化率即偏差值微分ec的基本论域为[-30，30]，u的基本论域为[0，100]。

选取该基本模糊控制器的输入语言变量偏差论域值E、偏差微分论域值EC，及和输出语言变量鼓风量论域值U的论域分别为：

E＝{-6，-5，-4，-3，-2，-1，-0，+0，1，2，3，4，5，6}；

EC＝{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}；

U＝{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7}。

则偏差值e的量化因子

偏差值微分ec的量化因子映射控制量u₁的比例因子

选取语言变量E，EC和U的语言值分别为：

E＝{NB，NM，NS，N0，P0，PS，PM，PB}；

EC＝{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}；

U＝{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。

按正态分布函数确定NB～PB各模糊子集的隶属函数，建立用以说明个各语言值从属于各自论域程度的表格，构成语言变量E、EC和U的赋值表，如下：

表1语言变量E赋值表

其中：

表中空白处的隶属度均为零值；文中以后各表空白处如未有特殊说明，均为零值；

表中E为语言值，X为偏差E的论域。

表2语言变量EC赋值表

表3语言变量U赋值表

上述步骤S670根据输出论域值U获得一映射控制量u₁的步骤，具体实现过程可以如上述式3所示。

本发明各种实施方式基于模糊控制思想，实现了对干燥机热风温度的调节，提高了干燥机的热风温度的控制效果，有效提高了对热风温度调节的可控性，使得温度控制精度远高于2％，对于热风类干燥机这种大迟滞系统，控制精度高，系统稳定，可应用于木材烘干机、石膏板干燥机等设备上。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种热风类干燥机的模糊控制系统，用以调节所述干燥机的热风温度，包括反馈模块及伺服模块，其特征在于，还包括：

控制模块，与所述反馈模块及伺服模块相连，用于接收一给定温度值，以及所述反馈模块所采集的所述干燥机所输出的热风的实际温度值，对所述给定温度值及实际温度值进行比较获得一偏差值，对所述偏差值进行微分获得表示该偏差值变化速率的一偏差值微分，对所述偏差值及偏差值微分模糊化处理后，查询一预设的控制决策表，获得一映射控制量，将所述映射控制量作为一控制信号，并将所述控制信号发送给所述伺服模块以调节所述干燥机所输出的热风的温度。

2.如权利要求1所述的热风类干燥机的模糊控制系统，其特征在于，所述控制模块包括：

比较子模块，用于接收所述给定温度值及实际温度值，并对所述给定温度值及实际温度值进行比较，获得所述偏差值；

微分子模块，与所述比较子模块相连，用于对所述偏差值进行微分运算，获得所述偏差值微分；及

模糊控制子模块，与所述比较子模块及微分子模块相连，用于存储根据模糊控制理论预设的一偏差模糊子集及一偏差微分模糊子集，以及预设的一控制决策表；用于将所述偏差值映射到所述偏差模糊子集，获得一偏差论域值，以及将所述偏差值微分映射到所述偏差微分模糊子集，获得一偏差微分论域值，根据所述偏差论域值及偏差微分论域值查询所述控制决策表，获得一输出论域值，根据所述输出论域值进获得所述映射控制量。

3.如权利要求2所述的热风类干燥机的模糊控制系统，其特征在于，所述模糊控制子模块包括：

存储单元，用于存储所述偏差模糊子集、偏差微分模糊子集及控制决策表；

第一映射单元，与所述比较子模块、微分子模块及存储单元相连，用于将所述偏差值映射到所述偏差模糊子集，获得所述偏差论域值，将所述偏差值微分映射到所述偏差微分模糊子集，获得所述偏差微分论域值；

查询单元，与所述存储单元及第一映射单元相连，用于根据所述偏差论域值及偏差微分论域值查询所述控制决策表，获得所述输出论域值；及

第二映射单元，与所述查询单元相连，用于根据所述输出论域值获得所述映射控制量。

4.如权利要求1所述的热风类干燥机的模糊控制系统，其特征在于：

所述控制模块进一步对所述映射控制量及偏差值进行加权求和处理，将处理结果作为所述控制信号。

5.如权利要求4所述的热风类干燥机的模糊控制系统，其特征在于：

所述控制模块将所述偏差值进行加权处理获得一比例控制量，将所述映射控制量及比例控制量进行叠加，将叠加结果作为所述控制信号。

6.如权利要求2所述的热风类干燥机的模糊控制系统，其特征在于，所述控制模块进一步包括：

加权求和子模块，与所述比较子模块及模糊控制子模块相连，用于对所述偏差值及映射控制量进行加权求和处理，将处理结果作为所述控制信号。

7.如权利要求6所述的热风类干燥机的模糊控制系统，其特征在于，所述加权求和子模块包括：

比例单元，与所述比较子模块相连，用于对所述偏差值进行加权处理，获得一比例控制量；及

叠加单元，与所述模糊控制子模块及比例单元相连，用于对所述映射控制量及比例控制量进行叠加，将叠加结果作为所述控制信号。

Images