淺析PLC模糊控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：隨著PLC在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)PLC控制功能要求的提高使得預(yù)測(cè)控制器、模糊控制器等功能性較強(qiáng)的控制器應(yīng)用軟件誕生。本文就PLC模糊控制器的研究與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，對(duì)PLC模糊控制器的算法與系統(tǒng)、控制器設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行闡述，以驗(yàn)證PLC模糊控制器的可靠性和有效性。

關(guān)鍵詞：PLC；模糊控制器；設(shè)計(jì)

一、PLC模糊控制器簡(jiǎn)介

模糊控制嵌入PLC稱為模糊控制器，即用模糊專用芯片來(lái)組成模糊控制器，Omron公司的FZ001、德國(guó)AEG公司的modiconA120型和A250型等PLC就帶有標(biāo)準(zhǔn)模糊控制軟件包，目前模糊專用模塊已經(jīng)被許多PLC制造商開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)出來(lái)，是應(yīng)用場(chǎng)合較多的一款控制器。

模糊控制器是當(dāng)前智能控制技術(shù)中最為成熟的一個(gè)技術(shù)分支，因?yàn)榕c常規(guī)控制集成運(yùn)行，因此具有推理速度快、適應(yīng)能力好、系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)、控制精度高的特點(diǎn)，能解決復(fù)雜的控制問(wèn)題，適用于非專業(yè)技術(shù)人員操控，操作時(shí)省去系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)過(guò)程，因此非常適合工業(yè)生產(chǎn)操作，在轉(zhuǎn)化生產(chǎn)力、加快控制技術(shù)廣泛應(yīng)用的進(jìn)程中起著非常重要的作用。

二、PLC模糊控制器的算法與系統(tǒng)

（一）模糊控制系統(tǒng)

PLC模糊控制系統(tǒng)通過(guò)輸入接口、輸出接口進(jìn)行兩端的鏈接，中間的重要部分是由檢測(cè)裝置、被控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，而模糊控制器在其中起到了計(jì)算控制變量、模糊量化處理、模糊控制規(guī)則等作用。結(jié)構(gòu)圖如圖：

模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖

由圖我們可以清楚的看到，整個(gè)系統(tǒng)的核心是由模糊控制器構(gòu)成，只有模糊控制器的性能提高才能帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)作。從功能上來(lái)分，模糊化接口、知識(shí)庫(kù)、模糊推理機(jī)以及去模糊化結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成了模糊控制器。模糊化接口在其中起到了轉(zhuǎn)化精確量為模糊量的作用；知識(shí)庫(kù)包含了應(yīng)用領(lǐng)域中的知識(shí)和要求的控制目標(biāo)；模糊推理的設(shè)計(jì)思路則是參照人的思維模式進(jìn)行的；清晰化接口在這里的作用是將模糊量變?yōu)榍逦?，以配合系統(tǒng)的運(yùn)行需要。

根據(jù)獨(dú)立的輸入變量和輸出變量的個(gè)數(shù)，我們將模糊控制系統(tǒng)劃分為兩種類型的控制系統(tǒng)，即單變量和多變量。

（二）模糊控制系統(tǒng)的算法

在整個(gè)模糊控制運(yùn)算過(guò)程中，模糊化、模糊推理和清晰化共同構(gòu)成了模糊控制算法。首先是將輸入量轉(zhuǎn)變?yōu)槟：刂菩枨蟮牧?，以將這些量值運(yùn)送到系統(tǒng)需求的領(lǐng)域里，這些分系統(tǒng)對(duì)量再進(jìn)行模糊處理，并表示為模糊集合，整個(gè)的運(yùn)算過(guò)程稱之為模糊化運(yùn)算；模糊控制器根據(jù)自身設(shè)置的控制目標(biāo)，在知識(shí)庫(kù)中進(jìn)行技術(shù)變換，包括把各種語(yǔ)言變量的隸屬度函數(shù)、輸入輸出的尺度、空間等因子進(jìn)行模糊劃分；模糊推理機(jī)按照人的模糊概念模擬推理，根據(jù)模糊邏輯法則轉(zhuǎn)變規(guī)則庫(kù)中的模糊“IFTHEN”為某種映射；經(jīng)過(guò)推理后的模糊量并不能用來(lái)直接控制對(duì)象，需要轉(zhuǎn)化為一個(gè)精確的量以控制執(zhí)行器，這個(gè)過(guò)程叫清晰化。

三、PLC模糊控制器設(shè)計(jì)

為了達(dá)到某種目標(biāo)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并根據(jù)實(shí)際控制問(wèn)題去設(shè)計(jì)的有一定被控過(guò)程的控制器稱之為一般的模糊控制器，它根據(jù)客戶的不同需求進(jìn)行編程，來(lái)靈活操控工作流程。常用的模糊控制器最大的區(qū)別在于其通用化的特點(diǎn)，在于其摒棄了高控制精度的目標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)特點(diǎn)，模糊控制器以PLC在線查表、計(jì)算機(jī)離線計(jì)算的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)模糊控制。具體的過(guò)程是：計(jì)算機(jī)離線為了得到模糊控制器的總控制表，將模糊推理過(guò)程簡(jiǎn)單化、模糊化，并對(duì)程序進(jìn)行必要的調(diào)試和修改后，將這些過(guò)程以數(shù)據(jù)模塊的形式存入PLC系統(tǒng)的內(nèi)存中，最后由一個(gè)查詢?cè)摫淼淖映绦蜻M(jìn)行管理。

以上我們所闡述的為通用模糊控制器運(yùn)行過(guò)程，也正是由于二維模糊控制器能夠比較嚴(yán)格的反映受控過(guò)程中的輸入變量的動(dòng)作特性，具有良好的通用性，且要比一維模糊控制器的控制效果好，比三維模糊控制器計(jì)算簡(jiǎn)單，因此在工業(yè)生產(chǎn)中，二維模糊控制器被普遍選用為模糊控制系統(tǒng)。

基于PLC的模糊控制器在控制設(shè)計(jì)上除了控制器的結(jié)構(gòu)外，還涉及到模糊控制器的離線設(shè)計(jì)部分、ETEP7實(shí)現(xiàn)模糊控制器設(shè)計(jì)、PLC模糊控制器的仿真驗(yàn)證。模糊控制器的離線設(shè)計(jì)部分，一般包含具體的算法設(shè)計(jì)、基于MATLAB模糊邏輯工具箱設(shè)計(jì)；ETEP7實(shí)現(xiàn)模糊控制器設(shè)計(jì)包含模糊算法、模糊算法功能塊；PLC模糊控制器的仿真驗(yàn)證包括對(duì)仿真系統(tǒng)的建立和仿真結(jié)果驗(yàn)證。

綜上所述，PLC模糊控制器無(wú)論經(jīng)歷再?gòu)?fù)雜的運(yùn)算過(guò)程，都是由計(jì)算機(jī)離線計(jì)算來(lái)完成的，得到的數(shù)據(jù)供PLC在線調(diào)用。采用了MTALAB離線設(shè)計(jì)和PLC在線查表方法后，基于PLC的模糊控制器將復(fù)雜繁瑣的工作變得簡(jiǎn)單明了，不僅對(duì)使用人員來(lái)說(shuō)操作方便，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)也提高了控制的實(shí)時(shí)性。未來(lái)對(duì)于PLC模糊控制器的改進(jìn)，可以在算法、控制效果上進(jìn)一步探索，并在開(kāi)發(fā)PLC模糊PID控制器上做更深的研究。

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作者簡(jiǎn)介：許波（1987），女，漢族，河南焦作人，助理講師，現(xiàn)為河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院教師。