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过程控制系统习题解答教程文件

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1、稳定性 2、部分解耦

3、解耦系统的简化

部分解耦是一种有选择的解耦,使用时必须首先确定哪些过程是需要解耦的,对此通常有两点可以考虑:

1)被控参数的相对重要性。对重要控制回路解耦。

2)被控参数的响应速度。响应快的被控参数受响应慢的参数通道的影响小;对响应慢的通道解耦。

4-47 什么是模糊集合,什么是清晰集合,它们各有什么特点? 模糊集合可用隶属函数表示,

x?A?1??A(x)??(0,1)x属于A的程度

?0x?A?式中,A称为模糊集合,由0,1及?A(x) 构成,?A(x)表示元素x属于模糊集合A的程度,取值范围是[0,1],称?A(x)为x属于模糊集合A的隶属度。

1、隶属函数的值域为[0,1],它将普通集合只能取0,1两个值,推广到[0,1]闭区间上连续取

值。隶属函数的值越接近于1,表示元素属于模糊集合的程度越大。反之,越接近于0,表示元素属于模糊集合的程度越小。

2、隶属函数完全刻画了模糊集合,隶属函数是模糊数学的基本概念,不同的隶属函数所描述的模糊集合也不同。

清晰集合可用特征函数表示,

?1?A(x)???0x?Ax?A

例如“男人”和“女人”这样一对集合是有明确界线的,可用特征函数来表示。然而,对于诸如“速度的快慢”、“年龄的大小”、“温度的高低”等模糊概念没有明确的外延。

4-48 试比较隶属函数与特征函数的相同点和不同点。

1、隶属函数的值域为[0,1],它将普通集合只能取0,1两个值,推广到[0,1]闭区间上连续取值。

2、隶属函数完全刻画了模糊集合,隶属函数是模糊数学的基本概念,不同的隶属函数所描述的模糊集合也不同。

特征函数可用来表示有明确界线的集合,如“男人”和“女人”这样一对集合。然而,对于诸如“速度的快慢”、“年龄的大小”、“温度的高低”等模糊概念没有明确的外延。

%和V?W中的模糊关系R%4-52 已知U?V中的模糊关系Q分别为

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?10.30.5??0.610.4?%??0.20.70.4?R%??0.40.20.5? Q???????0.600.8???0.70.70.8??%%%%%?R%?QoRoQ试求U?W中的合成关系S和T。

?10.30.5??0.610.4??0.610.5?%%%??0.20.70.4?o?0.40.20.5???0.40.40.5? S?QoR????????0.600.8????0.70.70.8????0.70.70.8???0.610.4??10.30.5??0.60.70.5?%??0.40.20.5?o?0.20.70.4???0.50.30.5? %?R%ToQ????????0.70.70.8????0.600.8????0.70.70.8??

4-53 基本模糊控制器有哪几部分组成,简述各部分在构成控制系统中的作用。

1、模糊化接口(Fuzzy Interface) 将确定量的转换成模糊量,作为模糊推理机的输入。 2、知识库(Knowledge Base—KB) 知识库由数据库和规则库两部分构成。

(1)数据库 数据库所存放的是所有输入、输出变量的全部模糊子集的隶属度矢量值(即经过论域等级离散化以后对应值的集合),若论域为连续域则为隶属度函数。在规则推理的模糊关系方程求解过程中,向推理机提供数据。

(2)规则库 模糊控制器的规则库基于专家知识或手动操作人员长期积累的经验,它是按人的直觉推理的一种语言表示形式。模糊规则通常有一系列的关系词连接而成。 3、推理与解模糊接口(Inference and Defuzzy-Interface)

推理是模糊控制器中,根据输入模糊量,由模糊控制规则完成模糊推理来求解模糊关系方程,并获得模糊控制量的功能部分。正向推理常被用于模糊控制中,而逆向推理一般用于专家系统中。

%?0.4?0.7?1?0.8?0.3,%则B%4-54 设模糊推理规则为“若A”,已知Ax1x2x3x4x5%?0.3?0.7?1,如果输入量为x,试用强度转移法求出输入量u。若输入为x,则u应B25u1u2u3为多少? ?0.30.4?0.30.7?R??0.30.7??0.30.7??0.30.30.4??0.3?0.30.7???1? ,?01000?o?0.3??0.8??0.3?0.3???0.30.40.4?0.70.7??0.71???0.30.70.7?,

?0.70.8?0.30.3??收集于网络,如有侵权请联系管理员删除

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?0.30.40.4??0.30.70.7??00001?o???0.30.71????0.30.30.3?

?0.30.70.8???0.30.30.3???

4-56 解模糊有哪几种算法,试用所列算法计算上题的清晰输出? 1) 最大隶属度法; 2)重心法

?0.4??0.40.40.4????0.70.40.70.6(A×B)=???1??o?0.410.6???????0.8??0.410.6?0.40.80.6?

?????0.3????0.30.30.3??R=(A×B)T1×C=

?0.40.40.40.40.70.60.410.60.40.80.60.30.30.3?To?0.3?0.30.40.4???0.30.40.4???0.30.40.4???0.30.40.4???0.30.70.7???0.30.60.6???0.30.40.4????0.30.71????0.30.60.6??0.30.40.4????0.30.70.8??0.30.60.6????0.30.30.3???0.30.30.3???0.30.30.3??(A1×B1)T2=?000100000000000? 模糊输出为?0.30.40.4?

最大隶属度法(u2+u3)/2;重心法:(0.3*u1+0.4*u2+0.4*u3)/1.1

4-57 基本模糊控制器有哪些设计内容,其转移系数ke、kc、ku如何选定? 1、定义输入输出变量

2、定义所有变量的模糊化条件 3、设计控制规则库

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0.71?

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4、设计模糊推理结构

5、选择精确化策略的方法

确定各输入、输出变量的变化范围,量化等级和量化因子Ke,kc,ku。例如,三个语言变量的量化等

级都为9级,即

x,y,z={-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4}

误差e的论域为[-50,50],误差变化de的论域为[-150,150]。控制输出u的论域为[-64,64]。则各比例因子为:

Ke=4/50,kc=4/150,ku=64/4=16

4-58 讨论基本模糊控制器在实际应用的缺点,你认为应从哪些途径加以改进,简述某种方法的思路。

基本模糊控制器在实际应用的缺点:

1、固定转换系数将难以同时满足动态和静态的要求,一种改善的方法是在输入不同的时候设置不同的转换系数,例如将偏差分成几个区域,每个区域有不同的系数,随着偏差的减小,系数也跟着减小,这样小偏差就不会产生大的超调。

2、基本模糊控制器相当于PD控制,所以静态性能不理想,如果能实现PI控制的功能,就可以做到无静态偏差,这个设想可通过改变规则来得到。

3、基本模糊控制器存在着控制性能的缺陷,基本的补救方法就是增加积分作用,构成一个混合结构,称为模糊PID控制器。

4、基本模糊控制器的参数都是事先一次设置好的,这些参数允许不是唯一的,这就会带来控制结果的分散,无法加以优化。当过程参数出现变化时,它有相对较好的鲁棒性,但控制性能的偏离也较大。自适应控制是提高控制品质和鲁棒性的有效手段,自适应的本来意义是能自动辨识被控过程参数或状态的变化,并随之在线修正控制器的参数,使过程输出跟踪某个参考输出,或者达到某种性能指标的最优。

5-1 什么是集散系统?集散系统的特点是什么?

集散系统是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统,综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术,其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。

DCS具有如下几个突出的特点:1.分散控制,集中管理;2.采用局域网通信技术;3.采用模块化结构,系统扩展方便

5-2 与仪表控制系统相比较,集散系统有哪些相同处?有哪些不同处?

集散控制系统的特点 DCS 控制系统与常规模拟仪表及集中型计算机控制系统相比, 具有很显著的特点。 1、系统构成灵活。从总体上看,DCS 就是由各个工作站通过网络通信 系统组网而成的。你可以把他现象成“因特网”。根据生产需求,你可以 随时加入或者撤去工作站。系统组态很灵活。 2、操作管理便捷。DCS 的人机反馈都是通过 CRT 跟键盘、鼠标等实现的。你可以想象成在因特网冲浪一样,你可以监视生产装置乃至整个工厂的运行情况。 3、控制功能丰富。原先用模拟控制回路实现的复杂运算,通过高精度的微处理器来实现。4、信息资源共享。你可以把工作站想象成因特网上的各个网站,只要 你在 DCS 系统中,并且权限够大,你就能了解到你要的任何参数。 5、安装、调试方便。相比原先的模拟控制

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系统,那么多的飞线头,一大堆类似头发丝的电线。DCS 系统算是很方便了。 6、安全可靠性高。

5-3 与计算机直接控制相比较,集散系统有哪些共同点?有哪些不同点?

与计算机直接控制相比较,集散系统有控制功能分散、危险分散,而参数显示和操作高度集中的优点。

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