仿真設(shè)計
把建立的模糊推理系統(tǒng)在Matlab的Simulink仿真環(huán)境中進(jìn)行仿真分析網(wǎng)
[31],可以迅速找到合適的量化因子和比例因子，指導(dǎo)實際調(diào)試。
為增加仿真的真實性，關(guān)鍵是逼近箱體的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)過程控制系統(tǒng)理 論的分析，該恒溫系統(tǒng)可以等效為為雙容自平衡系統(tǒng)，也就是一個二階慣性環(huán) 節(jié)，傳遞函數(shù)為H(s)=
~丄~，表達(dá)式中給、發(fā)和K為待定量。對H(s)
(7；s + l)(&s + l)
進(jìn)行拉氏反變換，得時域模型飾)=一£(」開_」虧)川)，釆用階躍響應(yīng)曲線
4
~T2法求解，輸入量為電熱管額定功率的百分比，輸出量為箱體內(nèi)環(huán)境的溫度。將 輸入的階躍信號表示為力表示階躍信號的幅度，則根據(jù)卷積 積分的性質(zhì)六。*並)=
f(t)及/(0=烈⑺* =z
(-
,)(o*/
2(1)(o，求得階躍
響應(yīng)的時域方程為
y(t) = As(t)*h(t) = ZK(M_e萬
+C), C為待 定常數(shù)。將電熱管的加熱功率設(shè)為額定功率的30%,即PWM脈沖的占空比為 30%, 4=0.3。室溫條件下，關(guān)閉箱蓋，打開數(shù)據(jù)存儲功能，記錄實驗溫度值， 每分鐘記錄一次，作出階躍響應(yīng)曲線圖如圖4-5所示。由，（°）=23.3和并°）=62 可解出K=129和01.6,即X0 = 38.7（1.6e萬-一
e^）B再利用階
，-烏
L-T\躍響應(yīng)的兩個點聯(lián)立求解確定4、例如在曲線的升溫階段任取兩個點 (130,56.7)及(60,49)。對e指數(shù)方程組的求解釆用逼近法，在Matlab的M文件中 編寫程序如下：
absl2=5;
for y=l :0.2:4000
for x=l:0.2:4000
if x~=y
rl=38.7*(1.6-x*(exp(-7800/x))/(x-y)-y*(exp(-7800/y))/(y-x)); r2=38.7*(1.6-x*(exp(-3600/x))/(x-y)-y*(exp(-3600/y))/(y-x)); s=abs(r 1 -56.7)+abs(r2-49);
if s<absl2
absl2=s;
rtl=x；.
rt2=y;
end
end
end
end
保存，運行該文件，結(jié)束后在Matlab工作空間中査看各變量的值,rtl=3281, rt2=l,分別為約、弓的逼近值。
圖4-5階躍響應(yīng)曲線圖
Fig.4-5 Step-response
由此得到恒溫系統(tǒng)模型的傳遞函數(shù)H（矽
節(jié)81；二）（"］）。同理，得到恒 濕系統(tǒng)模型的傳遞函數(shù)晌=成品。經(jīng)驗證'對相同的階躍激勵輸 入，仿真曲線和實際結(jié)果基本吻合。
60GainlConstant^X-
Gain! Saturations Gain3 J SaturationsFuzzy LogicControllerwith RuleviewerGain3-野
TransportDelay2TransportDelayl1293281S+1Transfer Fcnl Transfer Fcn2Scope25Constantl—KD
Out圖44恒溫恒濕控制系統(tǒng)仿真
Fig.4-6 Emulate system architecture
對以上恒溫恒濕系統(tǒng)模型搭建模糊控制系統(tǒng)仿真，如圖4-6所示，其中Fuzzy Logic Controller with Ruleviewer為封裝的模糊推理模塊，輸入輸出限幅均為[-6, 6],增量式輸出需累加后再作為輸入量。室溫25C,濕度27%,目標(biāo)溫度60C, 目標(biāo)濕度80%。由于箱體的響應(yīng)時間比較長，控制周期取10s?？刂平Y(jié)果通過示 波器察看或通過輸出模塊輸出到工作空間。
由于培養(yǎng)箱具有升溫容易降溫難的特點，超調(diào)越小越有利于縮短調(diào)節(jié)時間, 所以仿真首先實現(xiàn)無超調(diào)，再力求調(diào)節(jié)時間短和靜態(tài)誤差小。但也要兼顧過多 的控制超調(diào)會增加過渡時間。相對其他控制方法，模糊控制在提高動態(tài)性能方 面占優(yōu)勢。電熱管的實際通斷時間是以交流周波的整數(shù)倍控制的，仿真將其轉(zhuǎn) 化為功率控制，實際控制不如仿真中控制的精細(xì)，所以比例因子不能太小。在 仿真中會得到不同的量化因子和比例因子的組合，都能使系統(tǒng)獲得較好的響應(yīng) 特性，對此系統(tǒng)應(yīng)取比例因子較大的組合。根據(jù)量化因子和比例因子對系統(tǒng)動 靜態(tài)性能影響的規(guī)律，反復(fù)調(diào)節(jié)仿真試驗，確定溫度控制系統(tǒng)中ke=l/4, kde=10, ku=5；濕度控制系統(tǒng)中ke=l/3, kde=24, ku=3時，能夠滿足該系統(tǒng)的要求。仿 真結(jié)果如圖4-7所示。
圖4-7仿真結(jié)果
Fig.4-7 Simulation result
