PLC模糊系统.doc

1、 摘要 可编程逻辑控制器（ PLC）是用来解决复杂的控制任务的装置，在机电工艺，如机械上自动化控制的工厂组装生产线等。这是一个用户可编程数字计算机，它有相比于标准的计算机的一些特定功能。简单的可编程功能逻辑控制器库（位运算，求和，减法，乘法，除法等）或复杂的数学函数（正弦，余弦，绝对值，矢量求和， PID 等），但往往没有模糊系统，而 PLC 系统是目前在工业上最常用的控制系统。该文提出的目标是提供一个通用的模糊系统的设计， PLC 和 Matlab的模糊系统转换原理为 PLC 的模糊结构。 常州大学本科生毕业设计（论文）外文翻译 2 1 引言 模糊逻辑，首次提出由卢特菲答扎德在 1965 年

2、，此后模糊逻辑便成为一个强大的技术用于工业控制生产过程，电玩，诊断系统和其他专家系统。这项技术的快速增长实际上从日本开始，然后传播到美国和欧洲。模糊逻辑是非常有用的，因为非线性或时变的复杂过程，是数学模型不能处理的。通常情况下，传统的控制方法如 PID 控制对于这些类型的应用程序，不能提供足够的控制。典型地，这些过程仍然通过使用来控制和应用，只有学会响应输入的各种条件，拥有专业知识的开发者才能运用。最常见的工业控制系统是分布 式控制系统（ DCS）和 PLC的。 DCS 系统是异种计算机控制系统，使用不间断控制（ PID 回路控制）来控制在工业中的生产线，例如：炼油，化工，制药制造业等。 PL

3、C 系统是典型的离散（事件）控制 - 汽车工业，电子工业等，他们的主要目标是取代继电器技术。如今，他们有广泛的指令库，其包括功能块继续控制（精心设计的 PID，超前 - 滞后模块等等），但存在缺少库智能控制（模糊系统和智能网络）。被建议的文件将总结一些现有模糊工具箱的 PLC 和提出一个通用模糊系统，带有 PLC 的方法来转换 Matlab 的模糊系统到 PLC 的模糊 结构的系统。 2 现有模糊工具箱 PLC 系统的评估 RSLogix5000 中的模糊设计 RSLogix5000 中的模糊设计： 软件来自于艾伦 - 布拉德利所设计创造的模糊系统和分层模糊系统。它主要用在以下应用： - 工业

4、自动化控制系统（控制器，管理员，过程模型）； - 过程诊断和智能监控系统（进程状态分类）； - 决策与预测（决策支持系统）的过程； - 预测（预测模型）。 模糊设计师提供了一个功能块型环境来创建你的模糊逻辑算法。简单的点击界面可以很容易地定义，例如，模糊化隶属函数（ MF）或规则块定义。模糊设计提供了一组内 置的组件，它允许轻松地构建分层模糊系统。一旦模糊逻辑算法创建的，模糊设计者在 Logix 控制器用新的附加功能指令 RSLogix 5000 软件中集成它。 2 常州大学本科生毕业设计（论文）外文翻译 3 模糊设计组件库 输入端口： 存储模糊或 清晰 的输入值 ，这些值可以由用户定义的非线

5、性数字滤波器进行预处理。 输入语言变量： 存储语言 是一种术语，并用于实际的组件输入分类为基准的模糊集合 。 规则模块： 存储 规则 ,执行基于模糊规则的模糊逻辑推理 , 顺向变量的计算程度 是 满足度的变量 的 前提 来实现的。 图 1：模糊设计库组件 SIMATIC S7 模糊控制 在 S7 模糊控制软件包包涵 两个独立的 产品 ： - 该产品模糊控制主要包括控制块（功能块 FB） 和数据块（ DB） - 产品配置模糊控制包含用于配置控制模块的工具 控制块已经在其全系列的性能 做 准备，并与所有算法配置和分配参数。一个容易实用的 工具，可用于此功能块（图 2）的配置和参数分配。 模糊控制器

6、在模糊控制的基础上很容易配置 ,因为它们的功能是有限的定义和执行模糊理论的核心 。 一个实例数据块的可编程控制器的 CPU 由配置工具和用户之间的接口构成 。下载 一些模糊的应用程序在 CPU 并且在 CPU 运行这些程序是不可能 的 。每个应用程序被存储在一个单独的数据块 ;这些 数据块的数目可以自由分配（图 3） 3。 图 2：配置工具的子功能框图 配置工具模糊控制 用于配置的输入 /输出隶属函数 建立规则的基础，“ if then” 测试，监控，优化，应用程序 常州大学本科生毕业设计（论文）外文翻译 4 图 3：块调用结构 3 PLC 的模糊系统设计 模糊结构设计软件用于 Control

7、Logix 和 CompactLogix RsLogix5000 PLC 的编程。 RSLogix 5000 中提供了一个易于使用的 IEC61131-3兼容接口，象征性的编程结构和数组，并且提供多种类型的应用程序的全面指令集。它提供了梯形图，结构化文本，功能块图和顺序功能图编辑器进行程序开发。模糊系统的设计 被 实施基于 梯形图和结构化文本。 梯形逻辑是最经常使用的图形化编程语言和类似于Pascal 结构化文本，它们是适合的迭代循环（ repeat-until; while-do），有条件执行（ if-then-else; case）和复杂的数学计算。 有设计的模糊结构的三个主要部分：模糊化

8、，推理机制和去模糊化。 模糊化是在模糊推理过程中的第一步。这包括一个域的转换，就是说清晰的输入转化为模糊的输入。清晰输入是由传感器测量的精确输入，并且传递到控制系统用于处理，例如温度，压力，转数等。每个清晰输入 用于 由 FIU 处理 的 有它自己的 各自组成的函数 或设置 到被转换的内容里 。 这组隶属度函数存在在一个论域 ,所有相关值 ,清新的输入能拥有。下图 (图 4 和图 5)显示的设计结构隶属度函数在一个 清晰 输入论域。 常州大学本科生毕业设计（论文）外文翻译 5 图 4：输入 1结构（ 3个隶属 函数被定义） 图 5:三角 隶属函数的例子在 RsLogix5000 标记 (结构

9、)定义 每个语言变量由三个点 X1， X2， X3，其中明确 定义 了三角 隶属函数（图 6）。变量在定义了隶属 函数的输入和输出 后， 进行后期处理。 图 6:更详细 的 语言 变量 (隶属 函数 )， input1(变量 input10) PLC 源代码（在结构化 文本语言）的输出计算示例如下： if (inputij.in= inputij.x1) AND (inputij.ininputij.x2) AND (inputij.indefuzz_val.in1) then defuzz_val.in1:=rule30.out; 常州大学本科生毕业设计（论文）外文翻译 6 else def

10、uzz_val.in1:=defuzz_val.in1; end_if; 去模糊化的过程是产生一个可量化的结果在模糊逻辑 ,给出模糊集和相应的隶属度。 一个常见 和有用的去模糊技术是重心（质心） 。 这部分算法使用值推理机制 规则和计算 的质心的 x坐标 解模糊的 值。 创建一个模糊系统可以手动进行，或从 Matlab 的转换现有的模糊结构。Matlab 模糊结构存储在文本文件中。隶属度函数的例子如下 : MF1=input10:trimf,0 20 40 MF2=input11:trimf,30 50 70 MF3=input12:trimf,60 80 100 结构导出 格式为 为 *XM

11、L.的 L5K文件 ， 兼容 Logix系统 (RsLogix5000项目 )。 input1 : str_trimf3 (Description := “ input1 trimf functions definition“) := 0.00000000e+000,0.00000000e+001, 0.00000000e+001, 0.00000000e+000, 0.00000000e+000, 0.00000000e+001,0.00000000e+001, 0.00000000e+001, 0.00000000e+000, 0.00000000e+000 ,0.00000000e+00

12、1 , 0.00000000e+001, 0.00000000e+002, 0.00000000e+000, 0.00000000e+000; 4 案例分析和仿真结果 为了验证设计的模糊系统的功能，从 Matlab 的模糊系统 ,我们产生了 PLC的模糊模型的模糊效果，并比较结果 。 在 Matlab（ SET1）中输入值的采样和清晰值的使用集中去模糊化。 常州大学本科生毕业设计（论文）外文翻译 7 图 7： Matlab 的模糊规则编辑器。 RSLogix5000 中 - 设定输入值和输出去模糊化： 图 8： Input1的值 图 9： Input2的值 图 10： 预设 值 去模糊化 图

13、11：使用重心解模糊样本值 使用 centrod 去模糊化在 Matlab 中 的 输入值和 清晰 值的样品（ SET2）。 图 12:Matlab 模糊规则编辑器 常州大学本科生毕业设计（论文）外文翻译 8 图 13:Input1 值 图 14:Input2 值 图 15预设 值去模糊化 图 16： 使用重心 法模糊化 5 结论 建议提出 一种模糊系统设计， 对于 PLC 系统和自动模糊结构转换 。模糊工具箱有几个例子得到验证，它是适合于建模与控制非线性过程。模糊系统可直接在Matlab 中和套 在 模拟模糊系统最终 之后， 可被部署到 PLC 中而无需手动配置来设计的。 在未来计划扩展的模

14、糊系统与新的模糊 MF和去模糊化方法 相结合 。 常州大学本科生毕业设计（论文）外文翻译 9 致谢 本文由斯洛伐克科学资助 机构 VEGA提供。 Grant no. 1/1105/12,和 WEGA No. 032STU-4/2011. 参考文献 1 The MathWorks, Inc., 1994 2011, Available on the Internet: http:/ 2 Publication LOGIX UM004A EN P March 2007, Rockwell Automation, Inc.RSLogix5000 FuzzyDesigner, U.S.A., 2007. Available on the Internet: http:/ 3 Siemens AG, 1998. Simatic S7 Fuzzy Control, Germany, 1998. Available on the Internet: http:/ 4 Fuzzy rule-based systems. Available on Internet: http:/www.data-machine.nl/fuzzy1.htm