模糊设计范文

模糊设计范文（精选12篇）

模糊设计 第1篇

关键词：水位控制系统,模糊聚焦控制器,PLC

1 引言

水位控制广泛应用于工农业生产与民用生活,其用电量大,是节能与可持续发展研究的主要内容之一。水位控制类变频调速效率优化问题属于一类复杂的大滞后、多变量、离散性强的非线性系统控制问题,要求控制系统在满足用水要求的同时,又要实现系统效率最优,采用传统的控制策略很难获得简便、实用的解决方法。对变频调速水位控制系统的实际运行情况研究发现,目前国内在这方面普遍采用恒水位或恒压力变频调速PID控制技术,取得了一定的应用效果。但由于这类控制系统忽视了水泵-电机组效率,致使水泵-电机组经常处于低效区运行[1];其次,单目标的恒水位或恒压力控制不能保证电机经常处于节能运行状态以充分发挥变频调速的节能功效,造成了变频调速控制系统在实际运行中效率不高,节能效果未能充分体现,这也是变频调速控制技术多年来一直难以大规模采用的原委之一;第三,如何提高控制系统的响应能力是进一步提高这类系统效率的有效途径。本文结合水位控制类系统的特点,运用模糊控制理论与聚焦控制方法,以系统效率最大及满足用水要求为目标,设计一种模糊聚焦控制器以改善这类系统的控制策略与运行方式,同时给出采用PLC控制程序实现的此水位模糊聚焦控制器。

2 水位控制系统效率及其运行模式分析

水位控制系统的效率主要由水泵的效率、电动机的效率和管道损失决定,其中管道损失与系统滞后性也是影响系统效率的重要原因。由于这类系统的非线性、滞后性与时变性,采用传统的PID控制容易实现单目标,即水位恒定或水泵-电机组高效运行,而无法两者兼顾。为此引入模糊聚焦控制以使系统能够最快地响应用户的用水要求并最大限度地工作在高效区,以期能充分发挥变频调速的节能功效,进一步提高系统的运行效率。

在分析变频调速水位控制的节能问题时,以不同转速下提供相同容积的水比较得出[2]:水泵消耗的轴功率与异步电动机转速的三次方成正比,由此可知,水泵-电机组的效率与电机的转速成反比;其次,结合水泵与电机的效率特性,为使系统经常高效运行,不失一般性,设:水泵-电机组的高效率区为异步电动机的转速n=0.6～1.0 n N(n N为电动机的额定转速);当电机转速n=0.8 n N时,水泵-电机组的效率最佳,即效率最佳点[3];同时,设效率最佳点(转速)对应水位零偏差点(高度)。

图1给出了水位模糊控制系统控制模型图,H表示水位高度,依水位高度将水箱划分为A、B、C三区。A、C区分别为水位极高、极低区域,是高位、低位警戒区;B区为高效运行区,是系统经常运行的区域,故设其水位最高点H m a x对应最低转速n=0.6 n N;其水位最低点Hmin对应最高转速n=1.0 n N。系统总的控制模式为:

当H∈A时,系统运行减机模式;

当H∈B时,系统运行节能模式;

当H∈C时,系统运行加机模式。

系统效率

系统节能模式是本文的研究重点,根据此图可设计一个水位模糊控制器,使变频器的输出频率即电动机的转速随着水位的变化而自动改变,在时间上使系统最大限度地工作在高效区的同时又能较快地响应用户用水要求以实现最优控制。

为了进一步提高系统的响应能力,减小管道损失与系统的滞后性,提高系统效率,引入聚焦控制。所谓的聚焦控制就是通过改变系统某些响应参数以使控制系统能够以最快的速度回归“平衡点”,从而使系统经常保持最佳状态以应对各种干扰。聚焦控制原理如图2所示,图中只画出从水位正偏差e到聚焦正偏差e’的聚焦变换原理,负偏差同理。此“聚焦镜”变换功能通过修改模糊比例因子实现,可使控制系统能够以最快的速度回归“高效平衡点”,即水泵-电机组的效率最佳点,此时的系统工作于最佳状态,从而提高系统的响应速度,达到系统稳定性与快速性的较好结合。

3 水位模糊聚焦控制器设计

在用户较多且用水时间不确定的情况下,水位波动较大,精确的数学模型很难建立。若采用传统的PID算法则控制稳定性较差,整定参数也较难。对于难以确定数学模型且控制精度要求不太高的系统,采用模糊控制算法是一种实用有效的方法。依据上述分析,对水位控制类变频调速模糊控制器进行相应的设计:首先,采用水位传感器获得当前水位的水位值,并且把水位值通过微分以获得水位变化的趋势;接着,将水位值及水位变化的趋势输入到A/D转换器内转化为相应的数字量输出;然后将这两个数字量输入到模糊控制器内,按照一定的模糊控制规则进行操作,如当水位工作在A、C区时进行开电机或切除电机的操作;当水位工作在高效运行区内对电机频率进行模糊节能控制[4]。

如图3所示,模糊控制器采用双输入单输出的方式,通过变频调速来调节水位的高低。所以,选择水位偏差e和水位偏差率ec作为模糊控制器的输入,取控制增量f作为模糊控制器的输出量[5,6]。其中,Ke、Kec为量化因子,Ku为比例因子。设给定水位变化范围在0-H,传感器输出4-20mA的信号电流,取水位偏差e、水位偏差率ec、控制增量f的数值范围分别为[-20,+20]、[-12,+12]、[-30,+30]。根据系统要求,将水位偏差e所对应的语言变量E分成7档,每一档对应一个模糊子集,相应论域将精确量离散化分为13个量。即:E={NL:负大,MN:负中,NS:负小,0:零,PS:正小,PM:正中,PL:正大}。若将论域在[-20,+20]间变化的水位偏差e转换到[-6,+6]区间变化的e′,其量化因子Ke=6/20=0.3,可确定出e各档、级的隶属度表。水位偏差率ec对应的语言变量EC分为7档,相应论域分为13个级。EC={NL,MN,NS,0,PS,PM,PL}。将论域在[-12,+12]间变化的水位偏差率ec转换到[-6,+6]区间变化的ec’,其量化因子Kec=6/12=1/2。控制增量f所对应的语言变量分为7档,每档对应13级。F={NL,MN,NS,0,PS,PM,PL}。将论域在[-30,+30]间变化的控制增量f转换到[-6,+6]区间变化的f’,其比例因子Ku=5,如表1所示,表中已考虑聚焦控制效应。

模糊控制器由三部分组成。精确量的模糊化、模糊算法及模糊决策。由于水位偏差e和水位偏差率ec为确切的数字量,模糊控制器不能识别,所以进行模糊算法之前,必须将其转换为模糊量E和EC,而模糊算法输出f仍为模糊量,被控对象也无法识别,因此,作为系统的控制增量,也必须转换为精确量f’。

总结水位控制系统操作者的实际控制经验,可给出这样一些控制规则:

如上述控制首条规则说明,当水位偏差(E=e’)为负大且偏差变化率(EC=ec’)为正大则输出控制增量(F=f’)应为正大,以减小负偏差,使其趋近给定水位值。

由R的隶属函数和U的隶属函数max-min合成运算,按照求最大隶属度的方法,最后确定F的模糊子集中隶属度最大的一个控制量为模糊控制输出。模糊控制总表如表2所示:

4 基于PLC的水位模糊控制器设计

当模糊控制表完成后,将此表存放在PLC的寄存器里。首先,将量化因子Ke、Kec、Ku置入PLC内,将A/D转换送来的值与目标水位值比较,得到水位偏差,经计算得到水位偏差率,量化转换(乘以量化因子Ke和Kec)后,变成查表所要求的e和e’,利用PLC区间比较指令程序,找到表中所对应的控制增量与比例因子Ku,即可得到所需的控制量f,来调节变频器的输出频率,以改变电动机转速来控制水位。

如总的水位高度为40dm,4-20mA的模拟量对应电信号为16mA,那么根据计算可得,1mA对应2.5dm。先计算水位偏差e,将其乘以量化因子Ke得到水位偏差e’,对水位偏差e’做限幅处理,接着计算水位偏差率ec,将其乘以量化因子Kec得到水位偏差率ec’,对水位偏差ec’做限幅处理,查模糊控制总表得到控制输出f’,f’乘以比例因子Ku得到控制量f,最后求出控制频率输出。

5 试验与分析

为验证本文提出的模糊聚焦控制方法的有效性,采用三菱系列PLC与变频器(FX2N-48MR、FX2N-3A、FR-S540E等)搭建水位控制系统。试验主要分两项:正常控制反应与扰动响应。通过对运用模糊聚焦控制方法程序的调试,对比一般PID控制过程发现:无论是正常控制反应还是扰动响应,采用模糊聚焦控制方法可以有效地提高系统的响应速度,使控制系统能够以较快的速度回归高效区运行,从而实现节能,参见图5。

6 结束语

本文结合水位控制类系统的特点,运用模糊控制理论与聚焦控制方法,以系统效率最大及满足用水要求为目标,设计一种模糊聚焦控制器以改善这类系统的控制策略与运行方式,同时给出采用PLC控制程序实现的此水位模糊聚焦控制器。由于本文所述水位控制问题属于一类复杂的多变量、离散性强的非线性系统控制问题,并具有一定的滞后性,运用模糊控制在控制对象参数变化时具有较强的适应性。试验表明此模糊聚焦控制器可以实现最大限度的让系统经常工作于高效区,以便使系统保持最佳状态以应对各种干扰,此系统具有较好的快速响应性能与良好的节能效果,是一种较为实用的高效、节能控制器。

参考文献

[1]WALSKI T.Development of water resources planning and management[J].J of Water Resources and Management,2001,126(4):203-205

[2]张燕宾.SPWM变频调速应用技术[M].第三版.北京:机械工业出版社,2005.

[3]王树,变频调速系统设计与应用[M].北京:机械工业出版社,2005.

[4]诸静.模糊控制原理与应用[M].北京:机械工业出版社(第二版),2005.

[5]王彩霞.模糊变频恒压控制系统的研究[J].长春:长春理工大学学报,2003,26(3):56-58

模糊性表现手法平面设计论文 第2篇

1.抽象法

抽象法是指从众多的有机联系的整体事物中抽取出共同的特征以显示出事物的本质属性和特征的一种表现手法。抽象法并不善于还原事物的本来面貌，因此受众多会产生困惑感，这也是将其归纳为模糊性表现手法的最主要依据。虽然为了更加突出事物的本质特征，抽象图形发生了夸大变形，但是其自身所具备的的抽象美以及蕴含在抽象外表之下的丰富内涵却让人回味无穷。具体而言，设计师在采用抽象法的时候利用点、线、面、体等抽象语言将抽象图形与原图形的距离拉开，可以使画面形象产生一种朦胧、模糊的感觉。如著名的现代艺术家瓦西里康定斯基完全抛弃了事物原来的形态特征，通过抽象法将作品中的相关元素进行了有节奏的安排处理，从而使平面作品上升到了一个新的艺术高度，给受众带来了视觉上的愉悦感。又如，汤忠谦的招贴设计《自由》就是采用的抽象法，该幅作品呈现出的是有规律、有节奏的白色细线的旋转，是设计师利用现代电脑技术对飞翔中的小鸟的翅膀进行抽象化处理后的结果，象征了对自由的召唤。再如，蒙德里安所设计的《百老汇的爵士乐》将色彩按照数学的形式进行了抽象的划分，并对不同的色彩进行对比和配置，从而使受众从视觉上的感受转换为听觉上的享受，恰好符合该作品“音乐”的主题。

2.错视法

在平面设计中，错视法是最为有趣的一种模糊性的表现手法。由于人类的生理原因常常会造成眼睛的视错觉，而利用这种视错觉可以创作出许多诙谐有趣的图形，为平面设计增添趣味性。一般而言，错视可分为形的错视和色的错视。形的错视是指对物象形态、面积大小以及用线长短曲直的错视理解；色的错视是指不同背景环境下所产生的色彩的明暗深浅、前进后退等方面的错视觉。无论是哪种类型的错视在平面设计中都得到了充分的运用，并具有较强的视觉趣味性和审美幽默性。以错视觉大师埃舍尔1961年创作的一幅石版画《瀑布》为例，该画以彭罗斯的三角原理为基础，画面中有一条瀑布从三楼倾泻而下，落在一楼的小水池中，随后水池里的水顺着弯弯曲曲的水渠流走，但是我们会意外地发现水渠里的水又流回到了三层小楼的瀑布口，然后再流到小水池，如此循环往复、永不停歇，从而产生一种错视幻觉，暗示了生命的轮回和生生不息。

3.拼贴法

拼贴法起源于20世纪初，最早由立体主义先驱毕加索与勃拉克将一些非绘画材料以拼贴的形式用到绘画作品中，是对传统绘画形式的一种反叛。拼贴，是对原有的旧意义的破坏以及新意义的诞生，它是将不同时代、不同风格、不同表现方式、不同属性或是不同材质的元素互相拼凑在一起而形成的一种不完整的画面，借以来表达内心复杂的情绪和外面纷繁的世界，而模糊的画面恰好表现出了现代人类面对现实社会时的迷茫。此外，拼贴法所特有的片断性、割裂性以及调侃性打破了平面空间的束缚，扩大了受众的想象空间，丰富了受众的视觉感受。尤其是在图像处理技术日臻成熟的今天，利用计算机等现代技术来完成的拼贴作品更能准确地表达出设计师的真实想法，产生一种别样的审美体验。例如，我国香港设计大师靳棣强的招贴设计《自在》花纹纸系列采用的就是拼贴法，设计师利用我国所特有的水墨元素，将几种不同的自然元素巧妙地组合到了一起，画面中的每一个物体也因此脱离了原来的生存环境，被迫融入到一种新的画面中去，从而将具象和意象拼贴到一起，形成了一种既有创新意识又不失传统精神的画面。又如，由深圳SenceTeam山河水团队设计的《大生意》海报就对“纸质钱币”进行了拼贴式的创作，设计者将全球各国的钱币拼贴成不同国家、不同年龄、不同面孔的人物形象，并将钱、物质和品牌巧妙地联系到一起，以一种全新的方式让受众对“钱”与“欲望”进行反思，十分符合该作品的设计主题。

4.透叠法

透叠法也是平面设计中模糊性的常用表现手法之一，其是将两个或是两个以上的图形进行重叠，以产生非同一般的空间层次和深邃的空间含义，是一种独特的视觉效果。在透叠过程中，相互重叠到一起的图形既保持了各自图形的独立性，又能彼此互动产生新的图形，较之单个图形其所具有的意义更为丰富。此外，透叠法会使画面产生丰富的层次感，而不同的层次感又会产生一种由二维空间向三维空间过渡的模糊感，这更有利于平面作品主题的传达。以贺莉浩的创意明信片《胡同地图》为例，设计师利用透叠法将北京地区各个胡同的地图叠加在一起，形成一张新的胡同地图。在这一作品中，多张地图通过不同的方向以及前后距离的差距产生了空间上的层次感，使每张地图之间相互独立又相互联系，而多个地图透叠而形成的模糊性也代表了正在消失的北京的物质文化遗产以及非物质文化遗产。总之，整体画面于模糊中透露着一定的空间层次感，表现出了我国人民对老北京胡同的深深怀念之情。

二、结语

小孔节流静压轴承的模糊可靠性设计 第3篇

关键词：小孔节流 静压轴承 模糊可靠性 因素集 权重集 备择集

中图分类号：TU443 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0018-02

小孔节流静压轴承适用于高速、轻载及精密度的机床和机械设备中。该轴承使用寿命长、精密度保持性好。但是，根据目前使用的情况看，该轴承需要有稳定压力，严格的过滤供油装置，在小孔节流静压轴承的研究中大大增加了成本，而且还机械设备的空间和重量也相应的增大，所以使用受到了限制。因此不断提高轴承的设计制造水平，对液体静压轴承的广泛应用具有重要意义。液体静压轴承是一个由多个元件组成的零件。由于组成轴承的各个元件尺寸之间存在大量的模糊信息。为此，该文在前人研究的基础上，从元件可靠性的角度出发，以小孔节流静压轴承为研究对象，對小孔节流静压轴承进行模糊可靠性设计。

1 小孔节流静压轴承的模糊综合评判

针对目前在可靠性设计中，生产厂一方面要提高产品的可靠性，另一方面又力求降低其成本，以提高产品的市场竞争力。而提高产品可靠度与降低产品成本又是相互矛盾的。由此，考虑以轴承可靠度和轴承成本为目标函数，寻求一个协调解，实现小孔节流液体静压轴承可靠度的设计。同时考虑到轴承可靠度和轴承成本区这两个目标函数中蕴涵了大量的模糊信息，而轴承的可靠度与轴承的成本与轴承的刚度是不可分割的，为了考虑问题的复杂性，将以轴承的可靠性和轴承的成本为目标函数转化为以轴承的刚度最高为目标函数的单目标问题进行设计。因此在模糊论域中对上述问题进行了讨论，从而建立了模糊数学模型。

2 对该实例进行一级模糊综合评判

用一级模糊综合评判选择设计方案，即从众多的可行方案中选择出最佳的或令人满意的方案。

2.1 建立评价因素集

U=（u1，u2，u3，u4）

U=（高，较高，较低，低）

2.2 建立权重

根据对刚度不同程度的要求，建立权重集为：

A=（0.5 0.25 0.15 0.05）

2.3 建立备择集

在其它因素确定的情况下，影响刚度的主要因素为小孔的宽度h0。根据常规计算h0的范围为[0.015～0.024]之内。取h=0.0015，要找的h0便是离散值中的某个。因此，可把离散值的集合作为备择集：

K={0.015 0.0165 0.018 0.0195 0.021 0.0225 0.024}

2.4 单因素评判

单因素评判集为：

R1=（1.0 0.8 0.6 0.5 0.3 0.2 0.1）

R2=（0.8 0.6 0.5 0.3 0.2 0.1 0.0）

R3=（0.6 0.5 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0）

R4=（0.5 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0 0.0）

因此，可得出单因素的评判矩阵为：

R=

2.5 模糊综合评判

==（0.5 0.25 0.15 0.05）

=（0.5 0.5 0.5 0.5 0.3 0.2 0.1）

2.6 h0具体的取值

按加权平均法得：

===0.00183

因为在设计中，h0的区间为[0.0015～0.0024]取h0=0.0018.

3 小孔节流静压轴承的模糊可靠性设计

3.1 小孔节流静压轴承可靠度的计算

（1）确定目标函数。

本次设计的目的是要求所设计的轴承具有最高的刚度，故选择刚度为目标函数。即：

F（x）=

根据常规设计G0=当Ps和个参数给定后，Ae、为常数，h0为模糊变量。

（2）模糊约束条件。

在本设计中，根据D=6cm，可得2h0故2h0

。

根据h0的取值可得G0（x）的上限和下限，其值分别为

由于约束是模糊的，通常在最大的可行域内估计G0（x）的上下界。因此在估计函数G0（x）的上，下界时，上界可适当偏大，下界可适当偏小.故取下界，上界。

（3）目标函数的模糊化。

由得：

（4）可靠度的计算。

常规可靠性设计按功能函数的取值严格的把零部件区分为三种不同的状态，既

g（x）=

因为零件的安全状态就是一模糊事件，所以功能函数Z对的隶属度来刻画模糊事件，即：

把零件可靠性条件按Z=g（x）≥0进行的设计称为极限状态设计；现把零件可靠性条件按Z=g（x）0进行的设计称为模糊极限状态设计。零件的可靠度指的是模糊事件的概率。即Z=g（x）0的概率，其表达式为R=Ps=P（Z0）。

本次设计中，轴承的刚度为主要的问题，按刚度条件用变形量小于等于许用变形量来判定进行设计。对所要设计的轴承设计准则，若考虑事实上可能存在的模糊性，则零件安全完好这一事件可记为={sr}，其隶属函数可记为。在设计题中强度为确定量r0=a1，设零件安全模糊事件的隶属函数u（x）已获得，则轴承的可靠度为

隶属函数若采用降半态梯形分布时，用公式表示为：

根据已确定的刚度的模糊函数得式中a1=320，a2=430.

取应力服从正态分布，其概率密度函数为：

=

=

=0.529

注：式中，，指数函数，

上述计算可得，若取概率密度函数为正态分布时，可计算得出所设计轴承的可靠度为0.529。若取概率密度函数为如下行式时，即：

式中各参数同上。

轴承的可靠度为：

=

=

=0.9616

结论：根据以上两种计算可得，选择不同的隶属函数，则轴承可靠度的计算值也不同，通过综合可得，本次设计的隶属函数应选用梯形态分布，其图如图1。

参考文献

[1]吴杰明.存在模糊信息时的可靠性计算[J].机械设计，1987（2）：7-12.

[2]黄洪钟.关于机械系统模糊——随机可靠性理论的研究[J].四川工业学院出版社，1992（2）：131-135.

[3]董玉革.模糊强度应力为常量时模糊可靠性设计方法的研究[J].机械科学与技术，1999（3）：40-42.

铸机设备系统的模糊控制设计 第4篇

传统铸造方法如砂型铸造、金属型铸造、熔模精铸、石膏型精密铸造等技术,指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺,也是最常用的铸造方法,有手工造型和机械造型。手工造型的工艺特点是灵活方便、简单易行,但效率低,劳动强度大,尺寸精度和表面质量低;机械造型的工艺特点:尺寸精度和表面质量高。调压铸造技术是在传统反重力铸造技术基础上提出的先进铸件成形技术。利用抽真空、充型、升压、保压、卸压等工艺过程,降低金属液含气量,实现平稳高效充型,避免气体及夹杂卷入,强化铸件凝固顺序,改善补缩效果,从而显著提升铸件强度和塑性,为提高材料利用效率,减小构件重量提供空间。可以生产出用其他成形方法难以浇注的复杂、薄壁、整体铝、镁合金铸件,解决了生产优质复杂薄壁浇注中的关键难题。

本文以生产某航空制造厂的复杂薄壁铝铸件为例,将计算机智能控制技术引入高质量铸机设备系统,建立有压力、温度等影响调压铸机设备系统的模糊控制算法,并用MATIAB语音进行仿真。

2 系统的基本原理

铸机设备系统控制的目的是希望通过控制上、下罐压力,达到控制金属液面的压力,使输出的实际工艺数据与设定参数的要求相符合,生产出符合要求的铸件。

铸机的工艺曲线分为五个工艺段:抽真空、充型、升压、保压、卸压。

3 系统的结构框图

系统的智能控制系统的结构框图如图1所示。

主要包括主CPU部分、输入通道、输出通道、键盘显示部分,如图1所示。铸机、传感器、输入通道、主CPU部分、输出通道、键盘显示、串行通讯和执行机构等构成一个反馈系统。铸机工作时,压力传感器进行采样铸机的工作状态上、下罐的绝对压力,热电偶用于测量炉温和液体温度,分别输出电压信号,再经过放大后通过A/D转换器后输入主CPU部分,采样铸机的工艺数据,与设定的值进行比较,计算出偏差和偏差率,通过模糊控制的精确量的模糊化、模糊逻辑推理,得出精确化的控制量,控制执行机构的工作,完成设定的调压工艺参数。

4 模糊控制器设计

4.1 研究对象的分析

铸机设备系统的控制对象广义上看是电-气阀定位器、气动薄膜调节阀、铸机及压力变送器,铸机的上、下罐的压力是具体研究对象。

4.2 控制系统结构分析

这是一个双输入-单输出的模糊控制系统,模糊控制器由输入输出变量、模糊化条件、设计控制规律库、设计模糊推理、精确化控制量五个基本部分组成。系统输出的偏差e和偏差变化率ec作为输入信号,控制量的变化作为控制器的输出量,这样就确定了模糊控制器的结构,系统的控制原理图如图2。

4.2.1 精确量的模糊化

将输入变量压力偏差和偏差变化率变换成相应的论域内的值,偏差的论域为[-x,x],偏差和偏差变化所取的Fuzzy集的论域为[-n,-n+1,…,0,…n-1,n],量化因子Ke、Kc可由下式确定:

式中Ke、Kc表示偏差和偏差变化率的实际范围。

其对应的语言值模糊子集选取为:{PL,PM,PS,Z,NS,NM,NL},PL(正大),PM(正中),PS(正小),Z(零),NS(负小),NM(负中),NL(负大)。偏差的实际论域为[-6,6]。为将偏差和偏差变化所取Fuzzy集论域对应的语言变量表示成模糊集E軒,把输入数据转换成合适的语言值,可以采用如表1、表2所示的偏差E和偏差变化率EC的分档表。

对于模糊判决的语言变量U,控制量U分档表如表3。

4.2.2 模糊控制规则的构成

对于有压力和温度组成的铸机模糊控制系统,模糊控制规则的形式可用常见条件语句来表示:

在此,依据经验总结出一系列的推理语言规则,如:

由此,得到如表4所示的模糊状态表。

根据推理,得到Fuzzy集模糊关系,整个系统的总控制规制所对应的模糊控制关系R为:

4.2.3 输出信息的Fuzzy判决

根据偏差和偏差变化率的整量化值,以及模糊关系,通过Fuzzy推理合成规则运算,得到相应的控制量变化的模糊集U軒:

式中,yu表示输出变量的基本论域:[-yu,yu],m表示模糊子集的论域为[-m,m]。实际控制量u利用如下公式:

在铸机实际的模糊控制中,将上述所有的控制规律进行合成,得到总控制表。这样,将采样得到的E和EC直接查表,可得控制量u,去控制铸机的对象。

4.3 应用结果分析

上述设计的模糊控制系统应用于复杂薄壁铝铸件的铸机设备中,经过现场多次测试,得到放大升压到保压工艺段的过渡曲线,其控制结果如图3所示。由此可以看出:控制精度较高,偏差小的特点,能更好地跟踪设定的工艺曲线。

5 结语

随着科学技术的不断发展,铸造工艺和设备也在不断完善,将模糊控制技术与通信技术、调压工艺、仿真技术融合到在铸机工艺和设备中,能满足不同铸件的要求,符合实际生产和进一步研究铸造工艺的需要。

摘要：通过对铸机设备系统的模糊控制的分析,介绍了模糊控制技术在铸机设备系统的应用,给出了模糊控制算法。实际应用表明,该系统具有稳定性好、控制精度高、偏差小等特点。

关键词：铸机设备,铸造工艺,压力控制,模糊控制

参考文献

[1]王锦标.过程计算机控制[M].北京:清华大学出版社,1990.

[2]韦巍.智能控制技术[M].北京:机械工业出版社,2001.

[3]任天庆.铸造设备自动控制系统设计[M].北京:国防工业出版社,1990.

广告设计中视觉传达的模糊性 第5篇

广告设计中视觉传达的模糊性，是视觉语义传达上的模糊，也是视觉审美中的一种知觉体验。本文主要对视觉传达模糊性的特征进行了分析，并在此基础上论述了广告设计中视觉传达的模糊性。

广告设计是一门艺术学科，由于受到学术潮流的冲击，广告设计艺术传达的方式也在不断变化，比如视觉传达的模糊性。“模糊集”是由美国自动控制专家扎德（L.A.Zadeh）提出的有关于工程控制的理论，随后逐渐引入了其它学术领域，并出现了模糊识别、模糊判断等一批处理复杂问题的技术。这种理论的提出对现代广告设计的发展也有着至关重要的影响。

1.视觉传达模糊性的特征

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模糊思维属于一种新的思维方式，这种思维方式主要是追求对事物的整体特征进行分析，并用近似方式对事物的大致轮廓进行勾勒，以便作出灵活判断。模糊思维的实质是希望利用模糊现象反映出事物的本质，对思维的要求是不过分追求精确，只需达到清晰化即可。视觉传达模糊性主要包括三个特征：一是随机性。世间所有事物都是处于运动状态，没有无运动的物质。时间与空间的变化也代表着物质发生变化的随机性。二是多向性。在广告设计领域，模糊思维的应用代表着其能够同时接纳受众的介入，同时也重视受众的心理感应。三是创造性。在广告设计领域中，依据模糊思维而产生的设计手法可以更好的表现不同事物之间的转化，并让不同事物遗留的意义能够保持均异。

2.广告设计中视觉传达的模糊性

广告设计创意之源是模糊性。因为模糊性思维的产生，在思维主体对客体产生不确定、模糊的分析时，广告设计艺术才能得到升华，并绽放出独特绚丽之美。模糊思维在广告设计中的应用，可以使广告中的各种元素得到更好地控制，并产生一种能够印记使人永久记忆，这也提高了广告设计创意的记忆价值。广告设计中视觉模糊性的传达形式主要有以下几种：

（1）异形同构。在广告设计中，依据部分特征上不同造型存在的共性，采用绘画和电脑技术等现代艺术处理手段对这些共性进行同构，可以生成一种符合设计创意要求的新形象，但这种形象一般不是真实存在的。这种根据广告创意要求，采用现代艺术手段对不同造型的共性进行处理而产生的图形，不仅具有一定的趣味性，也充满了想象力，且打破了空间和时间的限制。

（2）异质同形。在广告设计中，对异质同形的表现主要是指通过改变广告设计元素的质感和机理，可以使广告设计图形更加多变，也能够使同一图形具备多种表现不同寓意的组合方式，从而产生多种全新的图形。异质同形传达形式在广告设计中主要是从“形”与“意”之间的关系进行表现，这可以凸显广告设计的优质创意。

（3）意的逆反。在广告设计中，采用现代艺术处理手段对具有不同特定象征意义的图形所存在的共性进行同构，可以形成一种矛盾组合，而借助这种组合方式能够增强“意”的矛盾冲突感，并使广告设计图形产生一种强烈的视觉反差。例如，福田繁雄先生创作的反战系列海报。这一系列海报的设计是以枪膛和子弹为主要设计语言，而海报的设计创意是子弹的发射方向发生了转变，不是由枪膛射出，而是由外部射入枪膛。依据广告设计创意所设计的图形会具备诙谐感，也能产生意的重构和矛盾冲突，这种设计思路能够更好地突出广告设计主旨以及宣传的内涵。

（4）矛盾空间。在现实生活中，人们是依据距离、大小及方位等方面的感知经验来判断现实空间。在广告设计视觉传达中，对这些空间因素进行组合可以形成一种表现方法，即透视法。这种透视法的应用可以真实地模拟人的视觉对空间事物的反映。如果科学透视法是应用在违反正常空间组合形态上，而不是用在真是空间上，则会生成一种非现实空间印象。而且，这种非现实空间印象是不明确的。这种对空间因素的表现手法是对真实空间表达手法的逆向表现。透视法的使用会破坏视觉传达的真实空间，所以会经常出现方向倒置、角度逆反透视等现象。透视法所表现出的现实空间关系是矛盾的，而产生的模糊性特征也是极为复杂的。

（5）虚实相生。虚与实之间不仅是对立关系，也是共依关系。在广告设计中，对图形的表现可以归纳为图和底的关系。一般来说，广告设计中的“实”是指图形，而“虚”则是指图形的底。如果没有实，虚就不会存在；反之，如果没有虚，实也就不会存在。在广告设计中，设计人员利用虚与实在造型上的变化关系设计广告图形，可以使图形带有一些虚实喻意，也能够增强广告设计图形所表达的内涵。例如，某个女性沐浴露的广告设计就应用了虚实形态。该沐浴露的广告设计是将黑色的底、男人的头和女人的腿作为主要设计元素。这个广告设计利用了虚实共生性调和了广告图形存在的矛盾冲突，并使得广告图形在形式和风格上形成统一。同时，在该沐浴露广告中，男人的头和女人的腿之间的连接部分是文字，这种连接方式不仅调和了头部和腿部的性别差异，也能给人以模糊的视觉冲击。

结束语

模糊设计 第6篇

关键词：单片机；水温恒温；模糊控制系统；智能控制系统；智能电子产品 文献标识码：A

中图分类号：TP273 文章编号：1009-2374（2015）17-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.013

单片机作为当前电子产品的主要芯片之一，是当前电子技术人员最为熟悉的电子芯片，单片机又称为微处理器，与处理器不同的是其可裁剪性、可移植性以及针对性都是十分优秀的，当前单片机根据位数分为4位、8位、16位和32位单片机，我相信在不久的将来，将会出现64位单片机，首先根据功能来区分，可分为低端市场的4位、8位和16位单片机，单片机主要是跑裸机程序，也就是不带操作系统的程序，此类单片机可用于做一些简单的控制作用，而针对高端单片机32位单片机又分为控制类单片机和操作类单片机，例如32位的STM32系统单片机主要用于做控制类单片机，一般情况下是直接跑裸机程序，如果是针对复杂的项目则可以运行UCOS、UCOSII和UCOSIII系统的操作系统，在四轴飞行器上所使用的单片机则是运行着UCOSII系统的stm32单片机；操作类的单片机主要用于做一些高端的电子产品，例如智能手机、智能MP5，摄像机等高端智能产品，其结构较为复杂，需要使用嵌入式技术来进行设计。

本文设计的单片机的水温恒温模糊控制系统则需要单片机，但是根据其控制情况而言，使用8位的单片机便足以满足电路的实际需求。

1 电路硬件设计

单片机的水温恒温模糊控制系统设计所使用的主要的芯片便是单片机，编写单片机程序，通过单片机引脚对实际的电路情况进行控制，基于单片机的水温恒温模糊控制系统与传统的水温控制系统而言，其先进性主要在于它的智能控温这一特点，通过单片机的智能控温系统使得热水器能够充分节约电源，这对于节约能源、保护环境、维持发展有重要的意义。

1.1 整体设计

如图1为基于单片机的水温恒温模糊控制系统整体设计图，根据图1可得，单片机为整个电路中的核心芯片，当前众多的电子智能产品中都是采用单片机为整个电路的控制核心，加上其他的外围电路来实现自己想要的功能，基于单片机的水温恒温模糊控制系统使用的是最为普遍的8位单片机51单片AT89C51，AT89C51单片机共有40个引脚，4个IO端口（P0、P1、P2和P3），其中AT89C51单片机的P3端口具有第二功能可作为其他作用使用，其他控制功能使用单片机的P0～P23个端口就足够了（P0端口需要外接上拉电阻，其他端口自带有）。从图1中可得基于单片机的水温恒温模糊控制系统主要是分为温度采集电路、预置电路、电源、单片机、液晶显示电路、控制电路以及加热器，通过软件编程对实际电路进行控制。

1.2 温度采集电路

设计将温度检测单元作为热水器的开关并在左侧、右侧和底部分别安装一个加热片，这样可以提高温度检测的准确性。避免加热不均所带来的温度检测误差，使用的温度采集装置为DS18B20温度传感器，DS18B20传感器体积小、灵敏性高、成本低，能够满足单片机的水温恒温模糊控制系统实际的温度采集需求，通过采集DS18B20传感器引脚的电平变化，可以测出实际的DS18B20传感器温度系数，根据公式可以计算出实际的温度，温度误差与实际单片机控制有关，通常的单片机程序都能将温度误差控制在0.5℃以内，根据系统实际的灵敏度的需求，需要根据实际要求设计程序算法来减少温度误差，需要注意的是DS18B20传感器的最高温度最好不要超过150℃，否则容易将传感器损坏，导致传感器灵敏性降低。

1.3 预制电路

主要是单片机的一些工作电路以及整个电路的稳定、安全的保护电路。

1.4 电源电路

水温恒温模糊控制系统中单片机使用的电源电压为5V，所以电路需要将220V、50Hz的电路转为5V直流电压，如果超过5V电压容易损坏单片机和其他电路，所以单片机的水温恒温模糊控制系统的电源是一个稳压的5V电源，并且在电路中还需要设计电路保护系统，其作用主要是用于电流过载保护，主要使用钽电容来实现。

1.5 显示电路与按键

单片机的水温恒温模糊控制系统所使用的显示电路为12864液晶显示屏，显示电路主要是动态显示实际的水温值，至于显示的灵敏度则需要根据实际的单片机程序来决定，显示的温度范围0℃～100℃，此外还设有按键电路来对水温值进行设置，用户可以根据自己的实际需要来设置水温的大小，按键主要是4*4的矩阵键盘，可以通过键盘上的0～9数字以及确定、取消按键进行实际电路控制。

1.6 控制电路和加热器

加热器采用有加热功能的加热棒，而控制电路的作用对象便是加热棒，所以控制电路需要使用ADC数模装换芯片将单片机的数字信号转变实际的模拟信号，在对实际控制电路进行控制，进而实现对加热棒的控制，控制电路等同于一个开关，单片机通过DS18B20传感器所采集的数据进行处理，之后再通过控制电路判断是打开加热棒还是关闭加热棒。

2 电路软件设计

单片机的水温恒温模糊控制系统的软件设计主要是针对单片机的控制程序设计，在单片机的水温恒温模糊控制系统程序中主要涉及到了一个模糊算法的概念。一般单片机设计主要是需要建立精确数学模型来设计算法，而模糊算法便是针对一些难以确保其实际情况参数确定的数学算法，众所周知温度是动态的，而单片机控制系统是十分精确的，所以模糊算法对单片机引脚所有采集的数据进行分析，而得到一种实际的精确数值的算法。假设不通过模糊控制器这一环节，如果当前这种算法还是存在一定的误差，就需要提高单片机的控制精度，改进算法或者是重新设计算法，这显然是大大超出了实际的成本价值。所以在单片机的水温恒温模糊控制系统中采用模糊算法来编写单片机程序，进而达到系统实际的自动控制效果。

模糊算法主要用于单片机的水温恒温模糊控制系统的温度采集以及控制分析中，而用户通过键盘所设定的温度则是模糊算法的运行电路控制标准，对于用户温度输入值则是通过单片机自身的数据处理功能来实现，需要编写键盘控制程序对键盘输入数据进行处理，之后再通过模糊算法进行控制，进而达到系统的恒温自动控制的目的。

3 结语

综上所述，通过对单片机的水温恒温模糊控制系统的硬件电路和单片机软件程序的设计进行全面的分析，我们对于电路整体设计以及运行情况都能一目了然，但是在实际电路运行中还需要考虑实际电路环境对于电路的影响，以及系统的稳定性情况。单片机的水温恒温模糊控制系统所面临的对象是水，所以整个系统电路需要做好防水措施，同时还需要注意实际温度对电路的稳定性的影响，以保证单片机的水温恒温模糊控制系统能够稳定的运行，所以针对单片机的水温恒温模糊控制系统设计，除了需要重视电路本身的功能之外，还需要注意外接环境对于电路稳定的影响，这样设计出来的产品才能算是一个合格的产品。

参考文献

[1] 黎惠成，曾碧，吴清泉，等.一种基于模糊控制的温度控制系统设计[J].计算机技术与发展，2009，（19）.

[2] 于光普，黎东升，尤传富.智能水温控制系统的设计与实现[J].长春工业大学学报，2011，（32）.

[3] 张小娟.一种基于模糊控制的温度控制系统设计[J].仪表技术与传感器，2010，（11）.

作者简介：张丰（1982-），女，辽宁锦州人，供职于黑龙江省绥化学院，硕士，研究方向：控制理论及其应用。

磁选柱PLC模糊控制的设计 第7篇

磁选柱作为新型高效的低弱磁场选矿设备,广泛应用选矿厂。但现在选矿厂对于磁选柱大多手动操作控制,不能保证稳定的精矿品级。因此提高磁选柱的自动化程度变得尤其重要。本文主要介绍了磁选柱的整体控制方案及磁选柱磁场强度自动控制方案。

1 磁选柱结构

磁选柱主要由6部分组成:给矿圆筒、辊筒、磁系、槽体、刷辊和传动部分。圆筒是由不锈钢板卷焊制成筒状,端盖是铸铝件,然后用不锈钢螺钉和筒相连。电机通过减速机来带动圆筒、刷辊、磁辊作回转运动。磁系则是开放式磁系,用不锈钢螺栓把磁块装在磁轭的底板上。槽体的工作区域用不锈钢板制造,机架和槽体的其他部分是用普通钢材焊接成。如图1所示。

2 磁选柱工作原理

矿浆经过给矿箱流入槽体后,在给矿机械力的作用下,矿粒会呈松散状态进入槽体的给矿区。由于磁场的作用,磁性矿粒会发生磁聚现象,从而形成“磁团”,会被吸附在圆筒上。“磁团”在随圆筒旋转过程中,磁极交替会产生磁搅拌的现象,再加上从下到上的水流对其具有冲洗作用,使夹杂的非磁性矿物会在翻动过程中脱落,最终被吸在圆筒表面的“磁团”就是需要的精矿,非磁性或者弱磁性矿物留在矿浆中随矿浆排出槽外,即尾矿。

3 设计思路

控制磁选柱主要调节4个参数:磁场强度、磁场变换周期、上升水流和精矿口大小。

磁选柱要求水压大于0.17Mpa,上升水流的速度由控制给水阀门开度大小控制。上升水流大时,夹杂在磁团聚中的单体脉石和贫连生体会不断被上升水流冲散,随上升水流上升成为尾矿。给水阀门开度越大,对提高精矿品位越有利,但是水的上升冲力过大,磁选柱会出现翻花跑黑现象,造成精矿流失。实践证明,调节给水阀门开度,磁选柱溢流液面距溢流槽顶端高15mm。

磁场的变换周期从5~8s可调,周期越长,两组线圈通电的间隔就会越长,上升水流冲洗分散的作用越强,对精矿品位提高也越有利。一般情况下,磁场变换周期设置为6.5s。

以上两个参数在磁选柱正常运行后不需要频繁调整,着重设计的是底阀控制器和磁场强度控制器。

3.1 底阀控制器的设计

磁选柱的底阀控制将直接影响着排出精矿的浓度,并且也影响磁选柱底部的矿层界面高低及上升水流的大小。底阀开度过小,将会造成下部精矿不能够及时排出,从而使得精矿层界面升高,精矿会大量流失。底阀开度过大时,致使上升水流的速度变小,水流对单体脉石,贫连生体的冲洗作用会不足,造成精矿品级下降。

底阀控制器控制采用PID控制。控制系统采用通过磁性物密度传感器检测排矿口精矿铁磁性物质的密度进行信号反馈,控制器将设定值与实际检测值的差值进行比例、积分、微分运算后输出给调节阀,从而调节阀自动调节排矿口大小。结构框图如图2所示。

3.2 磁场强度控制器的设计

磁场强度的控制主要依据是检测点矿浆浓度对磁场强度进行调整。磁选柱正常运行一段时间以后,分选桶内会形成重介质悬浮层,其密度从上到下逐渐增大,内部颗粒主要受到自身的重力、浮力、上升水流冲力和磁场力的共同作用。磁选柱内的矿粒或磁链的运动速度方程如下:

式中,V是磁链或颗粒体积;δ是磁链或颗粒密度;ρ是水的密度;g是重力加速度;λ是颗粒所在点矿浆容积浓度;Ua是上升水流速度;K是颗粒或磁链磁化率;Kp是与水流状态相关的系数;H是磁场强度,U是矿粒的运动速度(向下为正)。

由此可知,在分选筒内,不同颗粒运动状态是不同的;在不同磁场条件下,同一颗粒的运动状态也可能是不同的。如果相同大小的贫连生体、富连生体和单体磁性颗粒在同样磁场条件下,单体磁性颗粒下沉,贫连生体则上升,富连生体可能悬浮。随着磁场的增大,富连生体也变为下沉状态,贫连生体悬浮,再增大磁场,可能造成贫连生体也下沉。若大部分颗粒都下沉,就必然会出现该区域的矿浆浓度下降,大量贫连生体的下沉必然造成了精矿品级的下降,此时就应该调节磁场使贫连生体上升,相应的一些颗粒必然会悬浮,这样矿浆浓度会回升。磁场力和上升水流的配合能造成一部分颗粒下沉一部分上升。

4 硬件框图

采用PLC作为控制核心部件,实现模糊自动控制。它主要利用磁性物密度传感器,检测排矿口精矿铁磁性物质的密度进行信号反馈,来控制电动阀门的开度;利用压力传感器采集矿浆浓度的大小,控制磁场强度的大小。对线圈的通电的顺序以及通、断电时间的控制,来实现调节选别筒内的磁场变化。采用触摸显示屏作为人机交互界面,方便操作。从而使其产出高品位精矿,甚至超纯铁精矿。硬件框图如图3所示。

5 线圈控制方式的优化

根据弱磁类磁选机的选别原理,大多是在选别筒的外壁自上而下绕有多组的线圈。顶层的线圈和底层的线圈由一个控制电路控制。控制电路对它们持续供电。线圈产生较强的电磁场,从而使磁性矿物颗粒形成团聚并向下运动。中间部分每4个相临的线圈组成一个选别区,并且每个选别区内的线圈分别接在不同组的控制电路上。各个线圈采取自上而下依次通电的控制方式,从而对磁性铁矿物会形成向下拉的磁力,加快了铁磁性矿物颗粒向下的运动速度。每个循环线圈也都有一定时间处于断电的状态,磁场强度降到了最低,使该线圈控制的选矿层的磁团在上升水流作用下松散开来。这样磁团中被夹杂的贫连生体及单体脉石会借此机会随着上升水流而向上运动。同时铁磁性矿物颗粒受下层电磁线圈的磁力吸引,会克服水流的浮力向下运动从精矿口排出。这样使二者分离开来,克服了磁团聚现象。

6 软件主流程方框图

程序采用模块化结构,分别检测上部和下部的矿浆浓度,分别运算,根据计算结果,输出控制磁场的强度和阀门的开度。其主程序流程图如图4所示。

7 结束语

PLC在磁选柱上的应用,使磁场强度和阀门开度实现了完全的自动控制,极大地降低了工人的劳动强度,同时对提高精矿品位起了很大的帮助。当前,该系统在唐山高新技术开发区选矿厂得到应用,效果良好。

摘要：本文主要介绍磁选柱的组成结构、工作原理及利用PLC实现磁选柱的整体自动控制方案,并且讨论了磁选柱的硬件及软件流程图的设计方案。

关键词：磁选柱,PLC,磁场磁系强度控制

参考文献

[1]李严令.磁选柱在舞阳矿的应用实践[J].矿业快报,2008(6):84-86.

[2]袁志涛,徐新阳,郑龙熙.磁团聚与弱磁选设备[J].有色矿冶,2001,17(1):17-19.

有关机械设计中模糊理论应用分析 第8篇

一、机械设计的可靠性分析

机械设计是依据概率论和数理统计作为可靠的基础, 把设计中所有的变量看成随机变量, 全面的考虑这些随机性产生的直接安全影响, 这种方法是常规的机械设计理论的优化发展。相对于传统的安全系数计算法, 机械设计中模糊理论的应用加强了机械零件设计的可靠性, 在揭示事物真实性的同时, 又提供了众多设计的信息。机械设计的可靠性包含了结构和机构可靠性两种。其材料性能、尺寸、强度、荷载等参数, 都可以看做是概率分布的统计量, 使用数理统计理论、强度理论、概率理论等, 依照已经给定的条件, 计算机械零件的概率公式。在已有的设计条件下, 由公式结果求出零部件的尺寸大小, 从而决定其安全寿命。

可靠的机械设计是在可靠度的指标下, 保证设计结构的可靠, 从而确定产品可靠性的定量指标。传统的机械设计是利用安全系数的大小判断机械设计结构的可靠性, 通常只是做出定性。大量的机械模型设计实践证明, 单一的提高安全性不能够增强设计的可靠性。因此, 模糊理论应用在机械设计中, 对零件可能失效的性能做出合理的评估, 同时对机械设计的安全系数进行统计分析, 确保机械设计水平的提高和产品质量的保障。

二、机械设计中的模糊理论及实例分析

机械设计中模糊理论的构建, 实现了机械设计中各零件的可靠优化性。模糊理论应用在机械的普通优化设计中, 应当充分的考虑各统计量之间的目标函数、约束条件、设计变量之间客观存在的各种模糊关系。

机械设计当中, 模糊因素是对机械结构分析的一种不确定表现, 在机械设计的理论中已形成了一种共识。在模糊理论基础上建立的GO分析法过程如图1所示。

模糊的GO法的分析和运算是以模糊GO图作为基础, 操作符合信号流是该分析法的两大要素。单元功能、单元的输入与输出信号之间的逻辑关系用操作符表示;系统单元中的单元输入输出和单元之间的关联用信号流表示, 状态值和状态概率是其属性的表现。模糊GO法的建模流程是在系统的范围、结构、功能的基础上进行的分析, 结合系统之间各功能部件的关系构建逻辑结构, 对操作符的类型作出规定。根据GO图与模糊法中的概率数据, 把接收到的信号按规定的算法运算到系统的信号输出, 获取信号流中的可靠性特征分析。

例如, 刀库在加工中心是一个故障率频繁的部位, 把模糊理论应用在此故障模式中, 能够对加工中心的可靠性有很大的提高。GO模糊法在这种机械换刀系统中的可靠度计算, 最大程度上反映出了机械设计实际系统的各项功能关系。明确了部件和系统之间的时序性、逻辑关系和功能关系, 清晰的了解到系统结构以及元部件之间的关系, 从而证明了GO模糊法在机械换刀系统应用过程中分析可靠性是正确的。GO模糊法在置信区间的获得上具有优越的价值, 置信区间的可靠度能够用GO模糊法在不同的置信水平下获得, 并准确真实的表现出换刀系统的可靠性水平。

由于实际的机械设计当中, 模糊参数也包含了一部分随机的参数统一处理。比如机械工程中材料的性能、零部件的尺寸、荷载力、安全寿命等。假如用于参考的数据受到了一些客观因素的限制或者数据较少时, 只可以用以往机械设计的经验进行评估或者判断, 就应当使用模糊理论。模糊变量能够实现变量之间的正太等价转换, 这种方法可以得到平均的随机变量值, 且能计算等价正太随机变量的计算。

根据模糊理论的综合判断法, 明确变量之间的评价标准, 针对评价对象所包含的不同因素的模糊处理, 与综合模糊评价理论相结合, 能够确定各个因素在设计当中的重要程度, 作出相应的模糊处理。科学的模糊理论运算获得最后的评价结果, 在机械设计中应用参考。

三、结语

模糊理论的计算方法快捷、简单, 在优化计算量的过程中获得的计算结果具有相对高的优势。模糊理论综合计算方法取得的均值能够精确的求出模糊变量的表达式, 提升模糊转化的精确性与简易性。由此, 机械设计人员应认识到模糊理论的重要性。

摘要：随着工业化的快速发展, 机械设计也随之发展完善, 模型设计的传统方式已经不能适用。模糊理论在机械设计的应用中越来越广泛, 引入全新的设计理念和设计手段, 机械设计过程中的可靠性不断地提高。

关键词：机械设计,模糊理论,可靠性设计,应用

参考文献

[1]魏锋涛, 宋俐, 李言, 石坤, 赵建峰.基于模糊理论的机械多目标优化设计[J].工程图学学报.201 (02)

[2]方向.机械设计中模糊理论的应用[J].新课程学习.201 (23)

基于运动模糊的车牌恢复系统设计 第9篇

违章车辆的速度一般较快, 图像采集设备和目标物之间存在较快的相对运动, 使得获取的图片是模糊的, 无法准确获取车牌信息, 为交通执法提供依据。建立运动模糊的车牌恢复系统, 有着很重要的现实应用价值。

当前, 已建立了运动模糊图像的退化模型。该模型认为:图像退化的因素有多种情况, 本文只考虑由相对运动而产生的图像模糊, 其中由匀速直线运动所造成的模糊图像的恢复问题更具有一般性。通常, 图像的退化模型为:

其中“*”表示卷积, g (x, y) 、f (x, y) 、n (x, y) 分别表示模糊图像、原始图像和加性噪声, h (x, y) 为运动模糊点扩散函数。点扩散函数由运动模糊方向参数及模糊长度L决定。所以准确估计出点扩散函数对运动模糊图像恢复性能至关重要。

1 方法

模糊方向估计方法:将原始图像看成是自相关及其功率谱是各向同性的一阶马尔科夫过程, 运动模糊降低了运动方向上图像的高频成分, 而对于其它方向上的高频成分影响较少, 且随着方向偏离越大影响越小。因此图像通过方向微分后所得到的灰度值之和最小的方向就是运动模糊方向。

对应其他的角度采用对应的方法去计算, 对微分后的图像灰度值 (绝对值) 求和, 找出最小灰度值之和对应的角度即为运动模糊方向。

尺度估计:计算出运动模糊方向之后, 可以将运动模糊车牌进行旋转至运动方向为零的状态, 该问题就简化为寻找运动模糊方向为零时的运动模糊尺度。对于一般运动模糊的图像, 其频谱图上的暗条纹的个数, 就是其运动模糊的尺度, 因此可以通过计算频谱条纹个数来确定运动模糊尺度。

2 实验结果

运动模糊的原始图像如图1所示。

利用本文的方向估计的算法得到的微分图像灰度值绝对值和的曲线如图2 (a) 所示。极小值的横坐标表示的是模糊方向。利用本文的尺度估计算法得到的曲线如图2 (b) 所示, 对应的是纵坐标的极小值。

利用方向微分原理计算得运动模糊方向为a=75度, 通过统计频谱图中暗条纹个数得出运动模糊尺度计算得运动尺度为L=37。

利用滤波器参数的逆运算得到恢复的图像, 恢复结果如图3所示。

3 结果

本文通过对运动模糊的模型进行分析, 得到运动模糊退化模型的函数。利用对图像进行方向微分求极小值的方法, 计算运动模糊方向, 利用统计频谱图中暗条纹个数的方法得出运动模糊尺度。最后利用逆变换的方法来还原运动模糊的图像, 取得了不错的效果, 有很好的显示应用的价值。

摘要：为解决高速运动过程中图像模糊的问题, 本文设计了运动模糊的车牌恢复系统。通过对图像进行方向微分求极小值, 计算出运动模糊方向;利用统计频谱图中暗条纹个数的方法得出运动模糊尺度。最后利用运动模糊方向和尺度, 建立退化模型, 通过逆滤波的方法, 还原运动模糊车辆牌照。实验取得不错的效果, 有很好的现实应用价值。

关键词：运用模糊模型,模糊方向,模糊尺度,车牌恢复

参考文献

[1]马明.运动模糊图像的判定与恢复[D].大连理工大学, 2006.

[2]李红阳.运动图像恢复[D].清华大学, 2002.

[3]朱秀昌, 刘峰, 胡栋.数字图像处理与图像通信[M].北京邮电大学出版社, 2002.

观念模糊——谈现代家居设计的趋势 第10篇

一、空间

室内空间是由建筑各个界面围合成的领域，是从自然空间中分割出来的，具有相对的独立性，是交流的最基本和普遍形式的本质所在。与自然空间相比，室内空间具有强烈的人为性和功能性。在室内设计中，空间的围合、分割、布局及界面的设计都是非常重要的内容。

然而在目前的室内设计概念中，人们过多地考虑了建筑空间的局限性，设计语言简单粗糙，注意力都集中在室内界面的设计上，热衷于“影视墙”、“背景墙”、“玄关”等局部语言的造型与雕凿，忽视了建筑室内环境的整体性和流动性，实际上把室内设计局限于二维或二维半空间的视觉设计上，就忽略了“空间”这一室内设计的本体与核心。

建筑是凝固的音乐，也是流动的音乐。它不仅有凝固的静止美，更具有流动的音乐美，室内亦然。一个建筑室内作品精彩与否、成功与否不是仅仅看它哪一个界面的设计，哪一个空间功能的布局等，而是应该看其整体的关系。培根说：“和谐即美。”一个人，就其五官的每一个局部来说未必是最美的，但结合在一起是美的，这就是和谐。我们欣赏建筑作品应该动态地读它，而不是仅仅静态地看它，应该充分观察它的结构、功能、空间、界面、色彩及其装饰、陈设、家具等因素。在空间的流动中、在身体的游动中，在用心的体会中感受其美。

有人说“距离产生美”，我以为：关系才能产生美。狄德罗说：“美与关系俱生、俱长、俱灭。”为此，我们可总结几点空间设计的方向：

1. 在室内空间设计中，要尽量淡化空间之间的界线, 使空间关系模糊并渐趋融合，从而形成一个流畅、融合的室内空间。

2. 不必拘泥于原有空间形态的限制，在结构条件许可的情况下，不妨采用不规则的空间分割形态，去反映设计思维的极端感性和对传统造型语言的反叛。

3. 运用空间的开合变化, 体现设计师对空间概念模糊性语言的诠释，反映不同的审美哲学和生活习惯。

二、文脉

中国的传统建筑文化博大精深，无论是宫廷府第还是竹篱茅舍，无不渗透着属于东方的思维与理想，一种有形或无形的文化精神在其中延续着生命，诉说着千古文化的精神内涵，这就是历史的文脉。我国汉代的《皇帝宅经》记载：“夫宅者，乃阴阳之枢纽，人伦之轨模。”它既揭示了住宅的自然属性，也揭示了其社会文化属性。住宅是社会文化的一种微缩的物化形式和空间载体，因此其社会文化属性渗透到每个家居环境之中，而人生活于其中的室内空间环境更是凸显社会文化属性的所在。在当代社会，由于生活品位的提升，整体文化素质的提高，人们已不再把居所当成简单的避风挡雨的场所了，而是追求一种人文关怀，一种生活和心灵的体验，让人的感受更多地融入环境，进而营造自己真正的精神家园———容纳着当代中国人的人生经历、情感情节的心灵空间。同时，文脉又是一个发展的概念，讲究和尊重历史文脉并非一味强调历史文脉的唯一性，而是要求设计师在设计时，要尽量把时代感与历史文脉有机结合起来，尽量通过现代技术手段使古老传统重新活跃起来，力争把时代精神与历史文脉有机地熔为一炉。

长久以来，我们的设计理论滞后，模仿现象严重，印刷品、网上光盘等大量的信息渠道，都为我们的复制与抄袭提供了方便。急功近利的思想，使我们的设计师很少独立思考，更谈不上关注设计的文化性。大量的作品是在复制港台、日本的作品，以复杂、繁琐追逐豪华与新奇，缺乏设计师的个性，千篇一律。作品的过分模仿忽略了设计的民族性和文化性。缺少了地域文脉的设计作品更容易具有雷同性，也更缺乏个性。所以，我们的设计师应该学习传统文化艺术并从中吸取营养。以现代的思维手段去诠释传统文化，或反其道而行之，都是值得探讨的。

三、材料

材料在呈现室内设计方案上起着十分重要的作用。我们知道，不同的材料会有不同的特性，其质感、光泽、肌理是不一样的，会产生不同的视觉语言，而这些语言又和材料的构造方式相互关联。对各种材料的色彩、质感、触感、光泽等正确的运用，将在很大程度上影响到整体空间环境的效果。

有人说：“从某种意义上讲，人类社会的发展史，就是一部材料发展的断代史。”这话虽有绝对之嫌但也不无道理，尤其在设计上更具有典型意义。每一种新材料的出现都可能引发一场设计的革命或者至少是设计理念的创新。作为设计师，我们必须不断地了解新材料的基本特征、适用范围、施工工艺及其造价，否则就很难跟上潮流发展的脚步，达到预想的效果。然而，材料只是形式的载体，形式才是材料的体现。设计是赋予材料某种形态的手段，材料只有经过造型才有其自身存在的意义和价值，才能体现其深邃的精神内涵。唐朝青原惟信大师在参禅的三重境界中，禅有悟时，参悟到：“见山不是山，见水不是水”。为什么?中国人讲究“山水寄情”，山也好、水也好，只是寄托感情的形式元素，它体现的是无形的、内在的精神气质，而不仅仅是有形的山和水。我们把它延伸到设计中，实际上就是说，材料只是寄托设计理念的形式元素之一，我们只是通过它传达设计理念和精神内涵以及历史文脉。

新材料的应用当然是重要的，但是，老材料新手法的使用，才是材料的生命力得以不断延伸的生态行为。比如一些自然材料的使用，在设计中突出自然的肌理构成，通过材料的细节表现生活的品质。天然的饰品、环保的材料、一处微不足道的角落，足以看出居室主人的处世态度与生活追求。展示自然的纹理，用工业化的手段将装饰材料中所蕴藏的自然肌理淋漓尽致地表现出来，同时配以非金属感的灯光……空间的记忆逐渐升华，我们可以寻找新鲜的空气、绿色的生命，追逐阳光、海岸、沙滩的味道。“一棵蘑菇最多也就3块钱，如果把它们切成5片、8片，它的价格便会翻几倍甚至几十倍”。来自深圳的洪忠轩设计师这样引入自然艳丽的肌理构成理念。

同时，我们在“长城脚下的公社”别墅区还可以看到淳朴的夯土墙、锈蚀的钢板、素面的木夹板、清水混凝土、自然的竹子等看似简单陈旧，实则蕴藏着丰富的设计语言、地域文脉和质朴的材质美，使那些所谓的老材料甚至是不可使用的材料通过新的手法和工艺焕发出崭新的生命和光彩。现代主义建筑大师密斯·凡·德罗认为：“每一种材料都有自己的特性，它们是可以被认识和加以利用的。新推出的材料不见得比已有的材料好。每种材料都会这样———我们怎样运用它，它就会怎样变化。”

四、观念

观念设计的定义是什么?这里我们不探讨它。但它与概念设计异曲同工。在教学上我们将概念设计作为一种设计思维训练的手段，让学生将空间作为一种游戏天马行空创造性地想象。设计中的观念设计可以是一种哲思、理念，一种感受，也可以是形式因素本身具有的抽象内涵，它是设计的灵魂。把概念融入形式之中以一种理想形式的或是非理性的，有时可以是由抽象的方式向观众传达、引导或预测实用设计的方向和潮流。如果我们把整个设计领域比作一座金字塔，概念设计就应该是金字塔的顶尖，其智慧的光芒自上而下渗透到各个艺术门类，它是设计师纯粹探索性的尝试，它是艺术家自由思辨的翅膀，闪烁着艺术家智慧的光芒。

当然，我们不能要求设计尤其是应用设计都带有概念性，但是设计师一定要带有某种探索性、观念性和前瞻性，否则就将流于平庸。

最近几年，“简约”是装饰行业中最流行的时尚用语，被广泛推广，人们只要一提到设计要求就会提到简约，可实际使用者的体会却很说明问题。严格地说，“简约”只是一种风格而不完全是一种观念。家居的设计，我以为更重要的是功能的设计，它的首要因素是考虑使用者的功能、审美、感受，而不是设计师的孤芳自赏，因为住宅是主人而不是设计师长久居住的场所，所以使用者的感受是最重要的。最近，中国装饰装修协会下属的“建筑与室内装饰设计师俱乐部”举行了几次全国优秀的设计师交流研讨会，他们从装修客户反馈中得出这样的信息：大部分简约设计的居室主人认为自己成了家居的奴隶，为了维持简约设计的美感，什么东西都不敢乱放，看完报纸都要赶紧找个地方放起来，每天都活得很累。这样的简约不是生活，简直就是噩梦。

当然，我并不否认简约设计的美学意义，相反，我还要提倡设计中的审美层次的提高和观念设计的分量，这是让设计从世俗走向艺术的途径。只是我们在设计中要更多地引导使用者的审美，以人为本地考虑使用者的感受和要求，把审美和功能有机地结合起来，从而走向和谐。简约也好、生态也好、自然也好、现代也好、传统也好，一个设计师总要有那么一点自己的观念、自己的风格和与众不同的创新，只是要看我们用什么手段、什么形式、什么材料把它与使用功能有机地融合、共生，符合现代的生活习惯和审美理念，传承具有时代精神的文化内涵。

居室是人们永恒的栖息之所，居室设计也是永恒的设计主题，它随着时代的发展而不断变化。高物质的文化生活必然要求社会提供一种高舒适度的生活空间，人们对生活质量的要求越来越高，作为一名设计师将会背负越来越强的设计使命。本文只是一个初浅的探索，相信会有更多的设计师投身于居室设计文化的研究之中，也相信中国的室内设计在不久的将来会有一个质的飞跃。

摘要：近十年来, 中国经济的快速发展使中国人民的居住条件有了质的飞跃, 除了经济适用房之外, 各种形式和布局的大空间住宅成为了房产市场的主流。人们对室内空间的设计要求越来越高, 个性化、生态化已经成为人们关注的主题。空间、文脉、材料和观念是构成空间设计的非常重要的四个元素, 如何更好地运用设计元素进行现代居室的空间设计, 把握现代设计的潮流和趋势是本文探讨的中心问题。

关键词：观念,空间,文脉,材料

参考文献

[1]崔冬晖.室内设计概论.北京大学出版社, 2007.12.

[2]毛白涛.建筑空间解析.高等教育出版社, 2008.7.

[3]涂山.梁文.苏丹.先进住居.中国水利水电出版社, 2008.9.

[4]家——从传统到现在.上海美术家协会.上海辞书出版社, 2004.1.

模糊设计 第11篇

关键词:常规PID控制器 恒温箱

中图分类号:TP273文献标识码:Ａ文章编号:1674-098X(2011)02(b)-0121-02

1 模糊自适应PID控制原理及结构

模糊自适应PID控制基本原理:以误差e和误差变化作为输入,运行中不断检测e和,并利用模糊规则进行模糊推理,查询模糊矩阵表调整参数,满足不同时刻的e和对PID参数自整定的要求,利用模糊规则在线修改PID参数,以使被控对象具有良好的静态、动态性能。模糊自适应PID控制系统结构如图1所示。常规PID控制器作为一种线性控制器,其离散的控制规律为:

对于系统被控过程中不同的|e|和||,PID参数、、的自整定原则如下:(1)误差|e|较大时,为加快系统的响应速度,使系统具有快速跟踪性能,应取较大和较小。同时,为了防止积分饱和。避免系统超调过大,应限制或使其为零。(2)误差|e|和||中等时,为使系统超调较小,应取较小,适当和,特别是的取值对系统响应影响较大(一般取值较小)。(3)误差|e|较小时,为使系统具有较好稳态性能,应取较大和。同时,为避免系统在平衡点附近出现振荡,应取合适的值。||较大时,取较小;||较小时,取较大。

考虑到上述原则,在该设计中,模糊控制器采用2输入,3输出的结构。以误差e和误差变化作为输入,经量化和模糊化处理后,查询模糊控制规则表,得到模糊输出量、、,再经解模糊和量化因子输出精确量,并将该输出量与传统PID相结合输出系统的控制量。输人语言变量e和以及输出语言变量、、的模糊集论域均设为{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6},取相应论域上的语言值为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}。考虑到对论域的覆盖程度及灵敏度,鲁棒性和稳定性等原则,各模糊子集隶属度函数均采用三角形隶属函数。

模糊规则采用“if e is A andis B thenis C andis D andis E”的方式,控制器参数模糊推理过程采取Mam-dani直接推理法,“与”运算采用极小运算,“或”运算采用极大运算,模糊蕴含运算采用极小运算,模糊规则综合采用极大运算,去模糊化采用重心法且其计算公式为:

(2)

根据PID参数调整原则,输出量、、一轮决策将最多涉及147条推理规则。

2 恒温箱温度控制系统硬件电路设计

温度控制目前大多采用以单片机或CPU为核心的控制系统,这些以软件控制和运算的系统相比于硬件系统速度要慢、实时性差且可靠性低。FPGA作为一种新型的数字逻辑器件,具有集成度高、可重复编程、逻辑实现能力强、设计灵活等特点,使用其内部逻辑模块单元实现所需功能,各个模块并行运行,与传统的基于CPU并行计算不同,FPGA内部结构真正实现并行计算,而不是宏观上并行微观上分时运算,这使得系统运算速度快、实时性强。

该设计采用Altera公司的Cyclone系列FPGA器件EP1C12为核心控制器来测量与控制恒温箱内温度。通过键盘向FPGA输入设定温度,现场温度参数由热电偶传感器转换成电动势信号,经A／D转换和滤波后,将实时的数字测量值送入FPGA。FPGA将比较温度的设定值与测量值,经模糊自适应PID控制算法运算处理后,输出相应控制信号,确保恒温箱内温度变化范围始终保持在设定值的误差范围内。系统的液晶显示用于实时显示控制系统的当前温度值、温度变化曲线、参数配制等信息;键盘用于设定控制系统的初始定值及初始参数信息;Flash,SDRAM,C等用于实现存储空间的扩展。图2为系统整体硬件结构框图。

此外,在FPGA中还集成有Altera公司提供的NIOS II软核处理器,FPGA一方面通过内部的双口RAM与其内部的硬件逻辑控制模块进行通讯,获取控制模块的状态信息并配置其参数;另一方面监控显示模块和键盘模块。FPGA内部逻辑示意图如图3所示。模糊自适应PID控制模块是整个控制系统的核心,可实现模糊参数自整定PID控制算法。为便于实现计算机的实时控制,采用离线计算,在线查表方式。如有需要,只需重新修改控制算法模块,并重新配置FPGA,就可实现控制算法升级。

3 嵌入式软件设计

基于NIOS软核CPU的嵌入式软件设计采用C语言编写完成,该嵌入式软件设计主要实现人机交互和模糊自适应PID控制模块监控两部分功能。温度控制系统上电启动后,首先初始化系统,然后模糊自适应PID控制模块读双口RAM1获得控制器的初始参数信息,并进行控制运算,根据运算所得结果在显示屏上显示当前温度控制系统的参量及温度变化曲线等当前状态信息,同时将这些实时控制参数及状态信息写入双口RAM2保存,NIOS软核处理器再由RAM2中读取数据,获得模糊自适应PID控制模块的当前状态信息。若由键盘重新输入新的温度设定值,则当系统读取到该值时,自动查询模糊控制规则表修改双口RAM1中的配置参数值,重新代入模糊自适应PID控制模块进行运算,并将新的参数值及系统实时状态信息写入双口RAM2保存且反馈给NIOS软核;若无键盘输入,则系统状态保持不变。

4 实际运行结果及存在问题

对于具有大惯性、大滞后等特点的温度控制系统,基于FPGA的温度模糊自适应PID控制器可取得良好的控制效果且自适应能力强。但在控制器的应用过程中仍存在一些问题,如模糊规则和隶属函数的优化、系统抗干扰性能的增强等。因此,仍需进一步完善和修改该控制系统。

5 结语

该设计基于高密度的可编程逻辑器件FPGA,在传统PID控制器的基础上利用模糊控制的优点控制恒温箱的温度。结果表明,该控制系统具有良好的动、静态性能和鲁棒性能,对参数时变具有很好的适应能力,实时计算量小,调校方便,且具有良好的升级性能和灵活性。市場应用前景较好。

一种风机模糊控制系统的设计 第12篇

近年来, 变频调速技术由于具有良好的驱动性能、先进的自动控制功能及节能节电显著等优点而广泛应用于风机、水泵等控制系统中。PID控制由于其算法简单、鲁棒性好及可靠性高, 被广泛应用于过程控制和运动控制中。然而, 对于风机这类大滞后、非线性的负载, 应用常规PID控制器不能达到理想的控制效果。鉴于模糊控制不需要控制对象的精确数学模型、在复杂过程控制中具有良好控制效果的优点, 本文提出在风机变频调速系统中采用模糊控制的方案, 以达到高性能的控制要求。

1 风机特性分析及节能原理

风机变频调速系统在设计时无需更换原来可靠耐用的三相异步电动机, 使用较少的投资就能达到与直流电动机相同的调速性能。三相异步电动机的转速表达式为

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式中:n为异步电动机的转速;f为电源频率;s为电动机转差率;p为电动机定子绕组极对数。

从式 (1) 可看出, 改变f、s、p这3个参数中的任何一个都可以改变异步电动机的转速, 但变极对数和变转差率在调速领域内的应用范围较小, 而变频调速具有高效率、宽范围、高精度的调速性能, 是比较合理的调速方法。交流变频器正是通过均匀地改变输入异步电动机定子的供电频率来调节电动机转速的, 它首先将电网的交流电整流为直流电, 再将直流电逆变为频率可调节的交流电[1]。近年来, 为了节能及满足负载要求, 摒弃了利用挡板控制通风量 (风门调节) 的方法, 采用变频调速技术调节风机速度, 在某一范围内可得到满意的节能和调节效果。

从流体力学原理可知, 风机风量与电动机转速及电动机功率具有以下关系:

Q1/Q2=n1/n2 (2)

H1/H2= (n1/n2) 2 (3)

P1/P2= (n1/n2) 3 (4)

式中:Q为风量 (流量) ;H为风压;P为电动机轴功率;n为电动机转速。

由式 (2) ～式 (4) 可知, 只要改变n就可实现调节Q和P的目的。因此, 对风量调节范围较大的风机, 采用变频调速节能控制装置来代替风门调节是实现节能的有效途径。

风机的特性曲线如图1所示。

从图1可看出, 当风机以n1的转速恒速运行时, 风压-风量 (H-Q) 特性如曲线N1所示, 管网的风阻特性 (风门开度为全开) 如曲线R1所示。曲线N1、R1的交点为工况点A, 风机在A点运行时为设计的最高效率, 这时的风量Q1设为100%。矩形AH1OQ1的面积为Q1和H1的乘积, 电动机轴功率PA与AH1OQ1的面积成正比。当实际流量需从Q1减小到Q2并保持恒流量时, 可采用以下2种方法调节:

(1) 转速n1不变, 用节流装置 (如风门) 控制流量, 如曲线R2所示;

(2) 利用变频器将电动机的转速由n1变为n2, 从而控制流量, 如曲线N2所示。

这2种方法均属于减小空气动力的节电方法, 但节电效果却大不相同。采用风门调节风量相当于增加了管网的阻力, 管网阻力特性由R1变为R2, 风机在工况点B运行, 电动机轴功率PB与矩形BH2OQ2的面积成正比, PA与PB相差不太多。转速由n1变为n2时, 曲线R1与曲线N2的交点即为工况点C, C点对应的流量也为Q2, 但PC对应的矩形CH3OQ2的面积却大大减小了, 节约的功率P=PB-PC与阴影部分即矩形BH2H3C的面积成正比。令风机在n2转速下运行, 既可维持流量Q2不变, 又可大幅度地节省电能。

2 风机模糊控制系统的设计

2.1 系统工作原理

风机模糊控制系统是在原有风机系统基础上设计的, 主要包括以DSP为核心的模糊控制器、采用压力传感器的反馈电路, 整个系统为闭环反馈控制系统, 如图2所示。该系统的工作过程:以DSP为核心的控制电路通过安装于管网处的压力传感器实时采集风压信息, 当实际所需的风量降低时, 由于风机转速并未降低, 此时就会造成管网中风压升高, 当控制电路检测到主管网中风压升高时, 通过模糊控制器控制变频器改变电动机的转速, 即改变风机的转速, 以降低主管网中的风压, 进而达到节能的目的。

2.2 系统数学模型的建立

由于风机模糊控制系统的控制对象是一个时变的、非线性的、滞后的、不稳定的对象, 因此, 难以得出它的精确数学模型, 只能进行近似等效。由于这是一个大时间常数的惯性过程, 系统中其它控制和检测环节 (如变频环节、继电控制转换环节、压力检测环节等) 的时间常数和滞后时间与供风系统的时间常数和滞后时间相比可忽略不计, 均可等效为比例环节。因此, 系统的数学模型可近似成一个带纯滞后的一阶惯性环节, 即:

undefined

式中:K为系统的总增益;τ为系统滞后时间;T为系统的惯性时间常数。

2.3 模糊控制器的设计

模糊控制器的设计如下[2,3]:

(1) 模糊控制器的语言变量

模糊控制器的输入为实测风压值y和系统设定值r的误差e和误差变化率ec, 其语言变量分别为E和EC, 输出变量为系统的实时修正量u, 其语言变量为U。这样就为供风系统确定了一个双输入单输出的模糊控制器, 如图3所示。

(2) 模糊变量的隶属度函数

输入语言变量E、EC和输出语言变量U的模糊子集为{负大, 负中, 负小, 零, 正小, 正中, 正大}, 简记为{NB, NM, NS, ZO, PS, PM, PB}, E、EC和U的论域精确量离散化, 划分为13个等级, 即{-6, -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}, 变量的隶属度函数均采用三角形, 利用参考文献[4,5]中介绍的模糊工具箱得出隶属度函数, 如图4所示。

(3) 确定模糊控制规则

根据实际供风情况和操作人员的经验, 该系统有49条控制规则。控制规则可用以下形式表示:

if E and EC then U

模糊控制规则如表1所示。由控制规则按模糊推理合成规则求出相应控制决策U, 再按隶属度最大值的原则得到各相应的控制量, 经计算机离线计算并反复调试修改, 最后得到模糊控制表, 将各个表存于计算机内存中, 根据E、EC直接由模糊控制表获得控制量, 再乘以比例系数即可作为输出去控制系统。

3 仿真结果分析

对所设计的风机模糊控制系统进行仿真, 设定风压为0.5 MPa, 利用式 (5) 所示的近似模型, 令K=0.89, T=10.2, τ=4 s。利用Matlab仿真软件中的Simulink分别采用PID控制和模糊控制进行仿真, 结果如图5所示。

从图5可看出, 与传统PID控制相比, 供风系统在模糊控制器的控制下基本无超调, 且取得了良好的控制效果。

4 结语

对于风机调速这种参数变化无常的系统, 模糊控制比PID控制具有更好的动态性能, 很好地体现了它的优越性 (适应性强、较好的鲁棒性、结构简单、不完全依赖系统数学模型) , 而且当系统的模型发生改变时, 系统的输出控制规律不受其影响, 所以模糊控制更适用于风机变频调速控制系统。

参考文献

[1]黄立培, 张学.变频器应用技术及电动机调速[M].北京:人民邮电出版社, 2000.

[2]诸静.模糊控制原理与应用[M].北京:机械工业出版社, 2001.

[3]孙增沂.智能控制理论与技术[M].北京:清华大学出版社, 1997.

[4]黄成静.基于模糊逻辑工具箱的控制系统[J].计算机仿真, 2003 (2) :75-78.