PLC模糊系统

常州大学本科生毕业设计（论文）外文翻译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。1引言模糊逻辑，首次提出由卢特菲答扎德在1965年，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。 PLC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。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，“ifthen”测试，监控，优化，应用程序图2：配置工具的子功能框图图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ControlLogix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，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。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)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) thendefuzz_val.in1:=rule30.out;elsedefuzz_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 40MF2=input11:trimf,30 50 70MF3=input12:trimf,60 80 100结构导出格式为为*XML.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+001 ,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。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糊系统与新的模糊MF和去模糊化方法相结合。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:/products/fuzzy-logic/description3.html2 Publication LOGIX UM004A EN P March 2007, Rockwell Automation, Inc.RSLogix5000 FuzzyDesigner, U.S.A., 2007. Available on the Internet:/idc/groups/literature/documents/um/logixum004_-en-p.pdf3 Siemens AG, 1998. Simatic S7 Fuzzy Con