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CHAPTER. 16. 試誤法於模糊控制器設計. 16.1 模糊控制對古典控制. 模糊控制與古典控制有相似處與相異處。在下列觀點它們是相似的: 它們試著求解相同類型的問題,也就是控制問題。因此,它們必須提出相同的論點,而其對任意控制問題來說是普遍的,例如穩定性與性能。 用來分析所設計的模糊控制系統數學工具是相似的,因為它們研讀相同的論點(穩定性、收斂性等等)為相同型式的系統。. 16.1 模糊控制對古典控制. 然而,介於模糊控制與古典控制間的基本不同為:

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  1. CHAPTER 16 試誤法於模糊控制器設計

  2. 16.1 模糊控制對古典控制 模糊控制與古典控制有相似處與相異處。在下列觀點它們是相似的: • 它們試著求解相同類型的問題,也就是控制問題。因此,它們必須提出相同的論點,而其對任意控制問題來說是普遍的,例如穩定性與性能。 • 用來分析所設計的模糊控制系統數學工具是相似的,因為它們研讀相同的論點(穩定性、收斂性等等)為相同型式的系統。

  3. 16.1 模糊控制對古典控制 然而,介於模糊控制與古典控制間的基本不同為: • 古典控制以程序的數學模型開始並且對模型設計控制器;另一方面,模糊控制以啟發性與人類專家(模糊若—則規則項)開始並且控制器藉由合成這些規則而設計。也就是資訊用來架構控制器的二種類型是不同的;參閱圖16.1。先進模糊控制器能夠同時使用啟發式與數學模型,參閱第24章。

  4. 16.1 模糊控制對古典控制 16.1 模糊控制對古典控制

  5. 16.2 試誤法於模糊控制器設計 試誤法於模糊控制器設計可粗略總結為下列三個步驟: • 步驟1 分析真實系統並且選擇狀態與控制變數。狀態變數必須能夠描述系統的主要特徵而控制變數必須能夠對系統的狀態產生影響。狀態變數是模糊控制器的輸入並且控制變數是模糊控制器的輸出。本質上,這個步驟是定義模糊控制器操作的範圍。

  6. 16.2 試誤法於模糊控制器設計 • 步驟2 由狀態變數與控制變數的關連導出模糊若—則規則,這些規則的公式化能夠藉由二個啟發式方法的意義而達成。最普遍的方法是包含人類專家見解的自省語訛。這類語訛的一個典型範例是對水泥窯的操作手冊,我們將在下一節顯示。另一個方法包含有經驗的專家或操作者的疑問使用一份仔細組織的調查表。在這些方法中,我們能夠得到模糊控制規則的典範。

  7. 16.2 試誤法於模糊控制器設計 • 步驟3 合成所推導的這些模糊若—則規則到模糊系統並且測試使用這個模糊系統當成控制器的閉迴路系統。也就是執行具有模糊控制器的閉迴路系統而且如果性能無法滿足,藉由試誤法細調或重新設計模糊控制器以及重複程序直到性能滿足。

  8. 16.3 案例研讀Ⅰ:水泥窯的模糊控制 • 16.3.1 水泥窯程序 16.2 水泥窯程序

  9. 16.3 案例研讀Ⅰ:水泥窯的模糊控制 • 16.3.2 水泥窯程序的模糊控制器設計 • 首先,我們對這個系統決定狀態與控制變數。狀態變數必須描述水泥窯程序的主要功能以及由知覺量測決定他們的值。控制變數必須能夠影響狀態變數的值。藉由分析系統,下列三個狀態變數被選取: • 在發熱區的溫度以BZ表示。 • 在排出瓦斯中氧氣百分比以OX表示。 • 在窯的背面的溫度以BE表示。

  10. 16.3 案例研讀Ⅰ:水泥窯的模糊控制 • BZ的值可由瀘渣的公升重量取得,而其為可量測。OX與BE的值由顯示於圖16.2中窯的背面排出瓦斯分析器取得。二個控制變數選取如下: • 煤的進料率以CR表示。 • 排出瓦斯調節間的位置以DP表示。 排出瓦斯調節閘影響通過窯的空氣量。每一個控制變數具有從分鐘到小時的不同延遲與時間常數範圍影響預熱、燒成石灰、瀘渣形成與冷卻的不同階段。一般來說考慮窯的控制,我們看到窯的速度與泥漿進料率也可用來當成控制變數,但是窯在正常下是操作在固定產量,調整進料率與窯的速度很少用於調整控制。

  11. 16.3 案例研讀Ⅰ:水泥窯的模糊控制 • 由圖16.3的操作指南推導。例如,由圖16.3的第10項,我們得到下列模糊規則: (16.1) 同樣的第11項得到規則 (16.2) 在實際實現上,27個規則被導出以完成模糊若—則規則的完整集合。

  12. 16.3 案例研讀Ⅰ:水泥窯的模糊控制 16.3摘錄自美國教科書的水泥窯操作

  13. 16.3 案例研讀Ⅰ:水泥窯的模糊控制 16.4對於變數的「低的」、「正常」 與「高的」歸屬函數。

  14. 16.3 案例研讀Ⅰ:水泥窯的模糊控制 • 16.3.3 實 現 • 對實際水泥窯程序發展模糊控制系統,它只有一個模糊控制器是不足夠的。數個模糊控制器被開發以操作在不同模式。特別是下面二個操作模式被考慮: • 窯是在合理穩定下操作,由窯傳動轉矩量測顯示只有小的變化。 • 窯在不穩定下運轉,由窯傳動轉矩描述顯示大且振盪的變化。

  15. 16.3 案例研讀Ⅰ:水泥窯的模糊控制 16.5窯控制程式結構

  16. 16.4 案例研讀Ⅱ:廢水處理程序的模糊控制 • 16.4.1 活化污泥廢水處理程序 16.6活化污泥廢水處理程序的架構

  17. 16.4 案例研讀Ⅱ:廢水處理程序的模糊控制 • 16.4.2 模糊控制器設計 • 首先,我們指定狀態與控制變數。很清楚的是我們有下列三個控制變數: • :所要求的WW/RS比率的變化。 • :所要求的DO程度的變化。 • :所要求的WS流動的變化。

  18. 16.4 案例研讀Ⅱ:廢水處理程序的模糊控制 • 狀態變數應該描述系統的基本特色。因為廢水處理的目標是控制在輸出淨水中生物氧氣與懸浮固體物質的總量到低的某種程度,這二個變數應該選為狀態。此外,在混合液體中懸浮固體離開曝氣貯水池與再循環沉澱物也是重要的,並且應該選為狀態變數。

  19. 16.4 案例研讀Ⅱ:廢水處理程序的模糊控制 • 我們總結下列六個狀態變數: • TBO:在輸出淨水中生物氧氣的總量。 • TSS:在輸出淨水中懸浮固體的總量。 • MSS:混合液體離開曝氣貯水池的懸浮固體。 • RSS:再循環沉澱物的懸浮固體。 • NH3-N:輸出淨水中氨—氮含量。 • WSR:廢沉澱物的流動率。

  20. 16.4 案例研讀Ⅱ:廢水處理程序的模糊控制 16.1對廢水處理模糊控制器的模糊若—則規則

  21. 16.5 總結與更多的閱讀 • 設計模糊控制器的試誤法一般步驟。 • 水泥窯以及如何對其設計模糊控制器。 • 在水泥窯模糊控制系統的真實實現之實際考慮。 • 對於活化污泥廢水處理程序如何去設計模糊控制器。

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