[发明专利]基于高精度模糊控制的矿热炉电极自动控制方法

摘要

一种基于高精度模糊控制的矿热炉电极自动控制方法，根据电极电流偏差e_i、电极电流偏差的变化率Δe_i、电极插入炉料中的深度d_t和电极插入炉料中深度的变化率Δd_t，采用高精度模糊控制器对矿热炉电极位置的变化量m_t进行调节，其中模糊控制器的隶属度函数和模糊控制规则是根据专家经验获得，控制器的输出是根据模糊近邻距离加权插值计算得到，从而提高了模糊控制器的控制精度。该方法为矿热炉安全可靠的运行提供了保证，能使矿热炉在稳定方式下运行，可有效减轻工人劳动强度，减少维护量，改善工作环境，并为后续的谐波抑制提供更好的条件。

主权项

1.一种基于高精度模糊控制的矿热炉电极自动控制方法，其特征在于：根据电极电流偏差e_i、电极电流偏差的变化率Δe_i、电极插入炉料中的深度d_t和电极插入炉料中深度的变化率Δd_t，采用模糊控制器对矿热炉电极位置的变化量m_t进行调节，其中模糊控制器的隶属度函数和模糊控制规则是根据专家经验获得，控制器的输出是根据模糊近邻距离加权插值计算得到；电极电流偏差e_i、电极电流偏差的变化率Δe_i、电极插入炉料中的深度d_t、电极插入炉料中深度的变化率Δd_t和电极位置的变化量m_t的对应的语言变量分别为E_i、ΔE_i、D_t、ΔD_t和M_t；E_i、ΔE_i、ΔD_t和M_t的论域均为[-10,-8,-6,-4,-2,0,2,4,6,8,10]，语言值则均选择[N，ZO，P]，分别代表负、零、正；D_t的论域为[0,2,4,6,8,10]，语言值则选择[ZO，PS，PB]，分别代表零、正小、正大；根据专家的知识和技术人员的经验建立相应的隶属度赋值表，如表1～5所示：表1E_i隶属度赋值表 -10-8-6-4-20246810N10.70.50.30000000ZO0000.60.810.80.6000P00000000.30.60.81表2ΔE_i隶属度赋值表 -10-8-6-4-20246810N10.70.50.30000000ZO0000.60.810.80.6000P00000000.30.60.81表3D_t隶属度赋值表 0246810ZO10.80000PS00.60.810.40PB000.20.60.71表4ΔD_t隶属度赋值表 -10-8-6-4-20246810N10.70.50.40000000ZO0000.50.710.70.5000P00000000.40.50.71表5M_t隶属度赋值表 -10-8-6-4-20246810N10.80.60.40000000ZO0000.60.810.80.6000P00000000.40.60.81根据专家知识和经验可得到一系列形如“IF…THEN…”模糊控制规则，因为4个输入变量的语言值均为3个，则模糊控制规则的总数量为81条，如表6所示：表6模糊控制规则根据以上的隶属度赋值表和模糊控制规则，则完成了模糊控制器构建，采用模糊近邻距离加权插值算法得到最终的控制输出，具体如下：将电极电流偏差e_i、电极电流偏差的变化率Δe_i、电极插入炉料中的深度d_t和电极插入炉料中深度的变化率Δd_t的测量值分别变换到各自对应的论域上得到x₁、x₂、x₃、x₄，则此时模糊控制器输入量为{x₁，x₂，x₃，x₄}，接着根据该输入量满足以下所述条件（1）或条件（2）的不同情况，得到实际控制输出；条件（1）：若x₁=[x₁]且x₂=[x₂]且x₃=[x₃]且x₄=[x₄]（[·]为取整算子），则可直接利用上述表1～表6隶属度赋值表和模糊控制规则，采用最大-最小推理方法以及最大隶属度的去模糊化过程得到控制输出的语言值等级，再将该等级值乘以电极位置的变化量m_t的量程，得到实际控制输出u；条件（2）：若x₁≠[x₁]或x₂≠[x₂]或x₃≠[x₃]或x₄≠[x₄]（[·]为取整算子），则定义8个近邻变量A₀、A₁、B₀、B₁、C₀、C₁、D₀、D₁，且令A₀=[x₁]，A₁=[x₁]+1，B₀=[x₂]，B₁=[x₂]+1，C₀=[x₃]，C₁=[x₃]+1，D₀=[x₄]，D₁=[x₄]+1，这样模糊控制器输入{x₁，x₂，x₃，x₄}在模糊规则前件空间中的模糊近邻点共有16个，即P₀₀₀₀={A₀，B₀，C₀，D₀}、P₀₀₀₁={A₀，B₀，C₀，D₁}、P₀₀₁₀={A₀，B₀，C₁，D₀}、P₀₀₁₁={A₀，B₀，C₁，D₁}、P₀₁₀₀={A₀，B₁，C₀，D₀}、P₀₁₀₁={A₀，B₁，C₀，D₁}、P₀₁₁₀={A₀，B₁，C₁，D₀}、P₀₁₁₁={A₀，B₁，C₁，D₁}、P₁₀₀₀={A₁，B₀，C₀，D₀}、P₁₀₀₁={A₁，B₀，C₀，D₁}、P₁₀₁₀={A₁，B₀，C₁，D₀}、P₁₀₁₁={A₁，B₀，C₁，D₁}、P₁₁₀₀={A₁，B₁，C₀，D₀}、P₁₁₀₁={A₁，B₁，C₀，D₁}、P₁₁₁₀={A₁，B₁，C₁，D₀}、P₁₁₁₁={A₁，B₁，C₁，D₁}，这16个模糊近邻点P_ijkq，i∈{0,1}，j∈{0,1}，k∈{0,1}，q∈{0,1}，分别利用上述表1～表6隶属度赋值表和模糊控制规则，采用最大-最小推理方法以及最大隶属度的去模糊化过程得到这16个模糊近邻点P_ijkq各自对应的控制输出的语言值等级，再将等级值乘以电极位置的变化量m_t量程可得到这16个模糊近邻点P_ijkq各自对应的控制输出m_ijkq，i∈{0,1}，j∈{0,1}，k∈{0,1}，q∈{0,1}，接着计算这16个模糊近邻点和P_ijkq模糊控制器输入{x₁，x₂，x₃，x₄}之间的改进Logistic距离，d_ijkq，i∈{0,1}，j∈{0,1}，k∈{0,1}，q∈{0,1}，具体计算公式如下：dijkq=1(x1-Ai)2+(x2-Aj)2+(x3-Ak)2+(x4-Aq)21+exp[-8(1(x1-Ai)2+(x2-Aj)2+(x3-Ak)2+(x4-Aq)2-1)]]]>其中：A_i、A_j、A_k和A_q是近邻变量，且i∈{0,1}，j∈{0,1}，k∈{0,1}，q∈{0,1}。接着计算出这16个模糊近邻点各自对应的权重w_ijkq，i∈{0,1}，j∈{0,1}，k∈{0,1}，q∈{0,1}，具体计算公式如下：wijkq=dijkqΣi=01Σj=01Σk=01Σq=01dijkq]]>最后计算出实际控制输出u，具体计算公式如下：u=Σi=01Σj=01Σk=01Σq=01wijkq·mijkq]]>根据上述条件（1）或条件（2）得到实际控制输出u后，输出给对应的执行机构来调整电极的升降。