基于模糊控制和专家系统的原油加热炉温度控制器

基于模糊控制和专家系统的原油加热炉温度控制器 宋吉江钮一唬 电气和电子，山东理工大学，山东淄博255049中国 摘要：本文是结合实际 生产。模糊控制和专家系统相连接 ，有机地在加热炉的温度控制器 的原油。和一个新的，ISUAL在控制领域的领域是 quested。 关键词：模糊控制器：专家系统;加热炉 的原油;温度控制 1引言 在原油管道运输过程中，原油的温度下降，其粘性上升，运输阻力随着增加。在原油加工过程中，某些工艺步骤，还需要加热的原油和准确控制其温度，便于实现产品质量，增强功能。在以下工艺步骤。为了解决上述矛盾，便于原油运输，石油生产厂通常建立中继供热站每隔一定沿油管距离。使用加热炉中加热站，原油被加热高达600℃。因此，原油加热炉是原油生产过程中重要的设备。在生产过程中，粗油加热炉被要求采取行动以长期，因此其热效率将直接影响在油田的生产成本。如今，加热炉的运行基本上是20世纪80年代的结构，其运行热效率非常低，平均只有68％。因此，有相当节能空间很大。如果重建被携带在该加热炉，使得热效率，提高1015％，即80％以上的，则可以得到极显著的节能效果。其中影响加热炉热效率高的原因，操作自动化水平低是一个重要问题。使用计算机自动控制系统，智能控制系统，尤其是，以取代人工调节，以增设故障报警功能和错误处理功能，可以得到生产率增强和工作可靠性。 2基本思路 如众所周知的，它是为极其有效 经典控制理论溶质的控制问题 常系数线性系统。但在实际生产，对于那些大的滞后性，非线性和 随时间变化的复杂工业对象，以及 这些行业系统的数学模型很难获得人或极为粗糙，它是 很难得到良好的动态和静态采用传统的经典控制性能 。但随着模糊控制方法，往往 我们能够获得一个好的结果。主要工作 模糊控制是建立在的基础人工经验，以及运营商的介入 控制系统与结构的控制规则声明宪法比构成拉特 通过精确的数学模型。但模糊控制也有自己的缺陷：大稳定状态偏差，易产生振动附近的设定值。这些问题都很难通过求解 传统的模糊控制。结合专家系统，这使该控制器，以获取更高层次的专家经验认识过程控制修改 模糊控制器的操作参数，从而以提高稳态精度以及跟踪和抗干扰系统的能力。加热炉控制系统的belongsTo 这个大滞后，非线性和时变系统，有许多扰动因素，如变化 原油输入和输出分娩率，粗 石油输入炉子温度变化和加热 加热炉燃料气压力变化等，都将 影响出口油的温度变化。作为各种输入参数的不确定性结果值，而且升温是通过实现 中间剂-水-张贴烤，油温度的变化将是极其缓慢，一般的PID控制会遇到困难得到根据要求良好的控制效果。但是相当适合的专家系统模糊控制实现了比较理想的控制效果。基本专家模糊控制系统的框图如图 在图1中 图1模糊专家系统草图 该系统要求在由最小燃料 石油消费量，并通过调整两者的 直线和旋转风，最低温度输出石油和燃烧的市价波幅 炉充足可以得到保证。该 该系统的控制模型，如图2所示 其基本思路是：熟练操作作步骤，以及操作在这本书中介绍的指令都保存在一个计算机，形成一个知识库和一个搜索后控制量impetrated的根据实际参数知识库 当场。 3系统组成 3.1组成模糊控制器 模糊控制器的结构3.1.1选择偏差E和偏差率 变化△E作为输入变量，控制改变U的量率作为输出该模糊控制器的变量，相应的模糊集E，EC，U，形成一个双输入，一输出的二维模糊控制器 气体                                        气体                                  进口油温 给油 出口油温 出口油通量 图2加热炉控制系统模型 模糊集和它们的定义域 偏差E，偏差变化EC的速度和 控制量U如下： 模糊集居：（NB，NM NS，N0，P0， PS。 PM，PB} 模糊集两者EC和U的：（注意：NM，NS，0，PS。 PM，PB} 其中，N-示阴性，P-表示 阳性，B-表示大，M-表示中等， S-表示小。 为了让主机板，NM-表示负中， 即负介质数量。 两个E的结构域和EC：{-6，-5，-4，-3， -2，一1,0}+1，+2。 +3，+4。 +5，+6} ü域：{-7，-6，-5，-4，_，，_2，一1， 0+]，+2。 3，4，5，6，7} 模糊集偏差E的选择了8 元素和差异化的NO（负零）和 PO（正零），主要驱动在增加 稳态精度。 3.1.2模糊控制规则 与操作工人的经验，加热 炉温对象可以ELIMI- - 内特错误 根据系统偏差E和偏差率 的改变乳油。相应的控制规则可 使用下面的模糊语句来描述： 如果E= NB或NM和EC= NB或NM则U= PB; 经过总结和归纳，21控制规则 获得和模糊控制规则表 构成相对应，如表1所示。 表1模糊控制规则表 3.1.3模糊变量评估表 模糊集合的决心和后域的模糊变量偏差E的，偏差率的变化EC和控制量U ，我们必须确定模糊隶属函数语言变量，即所谓的模糊变量评估。在模型的模糊控制器的过程中，当精确量转化成模糊量，即精确的划分数量的成员评估表变化的偏差和偏差率△E ，成有限的几个档次，NB，NM ，NS ，N0 ，P0 ，PS，PM ，PB是用来表示这些钢种，如表2，表3所示。我们知道，在任何连续控制过程中，偏差和变化率是所有连续的值，可能需要无限的他们。但在模型中模糊控制器的设计只有限的值可以从域[ M，N ] ，并然后一个巨大的信息丢失问题出现，导致控制器是相当粗糙，主要是限制了控制精度的提高。这项目拟使用下面的设计方法，几乎不造成系统信息丢失。在加热炉温度模糊控制器的设计偏差和偏差率变化的是模糊化到区间[ -6 ， +6 ]使用公式y = 12 [X -（M + N/ 2 ] /（N-M）第一。表3会员评价表的偏差 率可能 （1）根据实际操作中，我们知道 出口原油的最大偏差间隔 温度为[一10，+5]，因此M =一10，N =+ 5， Y =0.6（倍一2.5），那么偏差转入 区间[-6，+6]。 （2）采样控制周期为1.5分钟， 即90秒之后，所以 变化即乖离率变化区间 公式 可以用来改变的偏差率转入区间 。 （3）由上面的分析中，信息损失 主要发生在的偏离度 会员评价表和偏差率 更改会籍评估表度 在模型FUUZY控制器的设计利用， 因为无论该表是如何精细制表，它是离散的。但实际的a和△E的所有变化 持续，因此克服信息 损失，处理必须在这两个进行 表。为了传输的离散度 会员进入会员持续度 的功能，我们将处理上述 表。例如，在中的NM线2快车 情况怎么样偏差的服从海里。想像 有连续隶属函数F（e）为一 把能够包含或近似巨大的 NM线在表2的情况，这样程度 丧失会员资格的信息可能是 反映。 所以，想象一下： 它描述的情况偏差 服从海里。因为偏差e 正态分布的特征，下面的 公式被用来适应它。 系数为：a =一4：B = 1.6744我们得到未定和隶属 功能的服从NM： 在这种方式中，我们可以约找到 在分割过程中的成绩信息丢失 当精确量转化为 模糊量。其中，a，b为常数， 据专家通过调整决定 在实际控制过程中的经验，导致了 更理想的控制结果的系统。同样， 隶属函数的偏差服从每套 NB（负大）的，NS（负小），NO（负零），PO（正零），PS（正 小），PM（正中等），PB（正大）可以分别找到： ， ， ， ， ， ， 。 根据实际需要，B可以评价如下： 于是，我们得到的隶属函数 偏差e。 (4)同样地，我们可以得到变化的偏差率隶属函数 △E： ， ， ， ， ， ， ， 。 （5）模糊化，最大雕刻时 的隶属度原则方法度用于本进行模糊决策，即 其中，NB， NM，NS，N0， P0， PS， AM， PB以i进行评估。以这种方式，我们能够确定隶属度 和 ，，任何一个（△）和△E属于区间 的每个子集。 3.1.4建立模糊控制表 每21总结模糊控制 条件语句使一个或相互关系。 由第一条语句确定的控制规则是 如果E= NB或NM和EC= NB或NM则U= PB;则u1可以计算出来。最后，主控制量和 电流输出叠加，得到礼物 输出。此输出将进行反模糊化，是转化为发送到4一20毫安精确的数量致动器，从而使一个控制处理。 此外，限制处理已经到exportvalue提出： 如果 那么 。 如果 那么 。 3.2专家系统设计 模糊控制具有低要求的模型和良好控制的鲁棒性，但传统的模糊控制具有低精度。其跟踪和抗干扰能力不够好，是容易有附近给定的周期波动值。为进一步控制质量的提高，专家系统和模糊控制集成有机构成的专家模糊控制器EFC（专家模糊控制器） 。关于更多的知识过程控制可以得到和模糊集合是用于模拟对象的不确定性。使用相当丰富的控制语言专家模糊控制实现鲁棒控制不建模系统或有变或参数结构并有较高的控制精度。在系统的设计，生产模式专家系统的技术被引入，以简化专家系统的结构和团结知识库，推理机和规则集 形成一个高性能的智能控制器用更简单的结构。使用专家系统技术来实现多模式模型，判断的控制和增强的灵活性和推理可以达到的。 3.2.1知识库的建立 知识图书馆的基础智能控制。在知识图书馆，其实知识和启发式知识被保存。根据行业专家的特点控制，启发式知识采用生产规则，基本结构之中： IF（条件）THEN（动作）; 这种生产模式表达式围绕 过程知识具有很强的模块化。增删，修订可进行每个规则独立地，为方便 补充和更新，赋予系统中的更强的灵活性。 3.2.2控制规则集 该控制规则的结构瞄准问题的模糊控制和拥有的经验 自动控制专家。 （一）提高稳态性能 当E和EC占据0等级范围，模糊 控制系统不会产生任何“死区“用于消除误差的目的，其中一个该解决是扩大误差和误差变化 柯因素，的Kc，即增加了分级间隔的情况下小的偏差。寻找从稳态性能，更大的柯，Kc是和，则更好的服务表现是。但是，当柯，增加的Kc，该系统的动态过程是stried起来，造成放大到overshoot.To保证控制质量，控制比例因子古宜 适当减少。 （2）增强了跟踪和抗干扰 能力 模糊控制具有很大的静态误差。它可能造成的损失的优点在动力方面和下降的跟踪性能和抗干扰能力提高的稳态精度制度。因此，等级分割在小范围用在这里。当E和EC改变明显，减少比例系数Kc以及增加的Ku在同一时间。 正确地调整控制规则集根据专家的经验会给您带来方便对于推理引擎来快速操作。