用PLC实现模糊控制的程序设计方法

用PLC实现模糊控制的程序设计方法

关键词:PLC;模糊控制

PLC即可编程控制器,是为了进行相关数据的计算而发明的一种适用于规模化工业生产条件下使用的设备,通过一定的程序和要求,进行数据的输入和结果的输出,以此来控制工业生产过程。模糊控制就是将其建立在人类思考问题的方式上形成的一种控制方法,它反映着人类的思维在处理事情上展现出来的一种模糊化的思考,比如对于复杂看似难以解决的问题,人们往往会根据自己的经验对事物进行思考,当我们对被控系统在一定程度上有所认识的前提下,并为解决它需要实现的控制功能而进行适当的思考,这时我们便将其称之为思维的模糊性。模糊控制就是模仿的人类面对这种状况下的思维,我们只需给予它一定的模糊的指令程序,让其对整个的控制过程进行计算运行,这种看似简单的指令却需要有专业的人士发出以便得到相对更准确的结果。这种对于控制的模糊性和我们以往进行的自动化的控制有着完全不同的本质,而这种模仿人类思维的控制恰恰体现了它智能化的一面,更适合当今生产对于控制的要求。

一、控制算法

面对现今工业生产的复杂性,简单的线性数学模型已经不能满足生产的要求,取而代之的是要建立一个可适应不停变化的、非简单性的控制系统,而这种模型的建立纯在较大的难度。在过去生产简单产品,不需要过多操作流程的条件下,简单传统的控制就可以实现生产的要求,现在只有找到一种先进的控制模式才能让复杂的生产流程顺利进行,用PLC进行模糊控制便是解决这一问题的有效办法。传统的控制需要基于一定的模型才能准确运行,而模糊控制则完全不需要,正是这一点才让它适应于复杂的条件。这种控制方法主要是模仿了人类用已有的经验去进行思考推断的行为,将这种模仿在计算机中用一定的语言程序对仪器和流程进行控制,语言程序则需要由专业的人员结合数据库的创建来进行编译。

1、控制器的数据输入和结果输出模糊控制不需要特定的公式模板进行指导,需要的是人类积累下来的经验,这些经验便作为了控制过程中的规则指令,以此进行复杂的工业生产。这种模仿下而诞生的控制模式能够适应生产的需要,以此而设计的控制器类型也多种多样,比如“单单”即由单口进行数据输入经过一定的运算步骤进行单口的结果输出;“双单”即可以由多个入口进行数据的输入,在经过一系列操作后只由一个口输出结果;“多单”和“双单”类似,不过这时运算更为复杂,其相同的是都由一个出口计算出结果;“多多”即不论是数据的输入还是结果的输出都有多种途径,复杂庞大的流程构成了整个运算系统。在模糊控制系统中我们需要通过实际测量值和偏差值计算偏差的变化程度,最终的到我们所需的实际输出量。

2、创建一个完善的模糊控制规则库正如我们上面所说,想要使用模糊控制进行生产流程的控制就需要发出一定的指令,这个指令我们也将其定义为一定的规则,这个规则必须由专业的人士根据有关的内容和人工操作下积累的经验才能制定,每一种语言都有相应的符号与之对应,既便于记忆,又为编码时的操作提供了方便,每一个符号和英文在计算机中都对用着相应的运算步骤,将这些字符进行组合编码,便形成了不同的规则,将确定的规则储存于创建的规则库中,在面对生产中不同的控制条件下选择合适的指令进行操作,就能得出我们想要的结果。

3、模糊输入和输出时对于数据准确性的要求

由于模糊控制模仿的是人类模糊化的思维,是一种根据经验确定的操作,本身就不具备确定性,因此在进行数据输入和结果输出时我们可以为其划定一定的范围,通常情况下将输入和输出都规定为五个层次,可以用“-2、-1、0、1、2”进行表示,也可以采用“正大、正小、零、负小、负大”来表示,表示方法多样。正是由于这些档数的存在,其值和偏差值都会有不同的数据存在,形成一定的集合,就可以采用这些集合分别为纵横坐标建立表格称为赋值表。

二、用PLC来实现模糊化的控制

综上可知我们根据系统反馈的数据可以建立一个查询表,在其中找到我们想要的数据,当采用PLC进行模糊化的控制时,我们可以根据查询表的大小采用不同的查找方式,当这个表不能容纳很多数据时,表内的数据直观清晰,便可以采用直接查找的方法,按照一定的顺序搜寻;当这个表能容纳大量的数据时,这时就要采用基础的地址和偏移的地址相结合来查找我们需要量,以此进行设计。

1、操作流程设计图因为要进行数据输入和结果输出,就要构建一个流程图进行

运算,运用PLC来进行模型和数据的转化。我们将输入的数据进行收集到可编程控制器中,进行限制幅量化处理,根据已知的查询表搜寻,然后在运用数据模型转换系统将我们所需要的指令通过转化输出,得到模糊的输出量,最终乘上量化因子即可得实际的输出量。

图1:实现模糊算法流程图2、梯形图的程序设计在流程图中最重要的一步就是如何在查询表中进行数据的

查询,通常我们采用的一种查找方法就是梯形图的方法进行查询。这种查询方法是比较第一操作的数据与第二操作的数据开始的一些数据进行比较,根据数据是否相同来决定第三操作数的位置,层层递推以保证正常运行。这时便可通过查询表的容量大小选择合适的控制方法进行生产的控制,面对不同的情况采用不同的程序设计方法更好地实现模糊控制。

三、结束语

随着计算机技术的飞速发展,PLC呈现出强大的功能,高速的计算、通讯能力使其能完成比较复杂的算法,这给先进控制策略与PLC结合开辟了一条可行之路。把模糊控制等先进控制嵌入其中,是今后发展的一个重要的方向。

参考文献:

[1]王志凯,郭宗仁,李琰.用PLC实现模糊控制的两种程序设计方法[J].工业控制计算机,2002,15(2).

[2]郑文,张运波.PLC实现模糊控制算法的关键技术研究与应用[J].化工自动化及仪表,2013,40(10).

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