GBT15969.7-2008可编程序控制器模糊控制编程.pdf 46页

'ICS25．040．40N18酉雪中华人民共和国国家标准GB／T15969．7--2008／IEC6113卜7：2000代替GB／T17165．32001可编程序控制器第7部分：模糊控制编程Programmablecontrollers--Part7：Fuzzycontrolprogramming2008—06-30发布(IEC611317：2000，IDT)2009-01-01实施宰瞀髅鬻瓣警辫瞥星发布中国国家标准化管理委员会仅19 目次前言⋯⋯⋯⋯··⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1范围⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2规范性引用文件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3术语和定义⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·-⋯⋯⋯⋯⋯⋯4模糊控制在可编程序控制器中的集成⋯⋯⋯⋯5模糊控制语言(FCL)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5，l模糊控制程序的交换⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5．2模糊控制语言元素⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·5．3模糊控制语言(FCL)示例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-·5．4模糊控制语言(FCL)的产生式规则和关键字一6相符性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯·6．1模糊控制语言(FCI。)的相符性等级⋯⋯⋯⋯··6．2数据检查清单⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯附录A(资料性附录)理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··附录B(资料性附录)示例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-·附录c(资料性附录)工业实例：集装箱吊车⋯·-附录D(资料性附录)在规则块中使用变量的例子附录E(资料性附录)符号、缩写、同义词⋯⋯⋯··GB／T15969．7--2008／1EC6113卜7：2000图l用功能块图FBD表示的模糊控制功能块示例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图2模糊控制语言(FCL)程序的数据交换⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-⋯⋯⋯图3使用ST语言和FBD语言的功能块接口说明示例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图4上(下)界型示例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图5隶属函数的变量用法示例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··图6单点集语言项的示例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图7模糊功能块示例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-⋯⋯⋯⋯⋯图8相符性等级⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘图A．1语言项“法定年龄”和“成年人”的隶属函数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·图A．2用语言形描述语言变量“年纪”和其在时间尺度(年龄)上的对应关系图A．3常用的隶属函数的形状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·····⋯⋯--图A．4两个隶属函数之间运算的算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-图A．5模糊控制的结构和功能元素⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯··⋯⋯图A．6模糊化原理(示例)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯图A．7用控制规则形式表示的知识库⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··图A．8两个变量的矩阵表示⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·图A．9推理元素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··图A．10a)聚集原理(举例说明)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·图A．10b)激活原理(举例说明)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·图A．10c)综合原理(举例说明)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-图A．11a)清晰化方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-·Ⅲ●，●00n屹坫¨"M四n曲匏n¨培¨珀孔毖毖毖船船驰孔坫弘● GB／T15969．7--2008／IEC6113I-7：2000图A．iib)图A．11c)图A．11d)图A．12a)图A．12b)左取大和右取大的区别面积中心线和重心的区别清晰化方法⋯⋯⋯⋯⋯模糊控制器：基本结构⋯模糊控制器示例⋯⋯⋯图B．1预先控制示例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图B．2参数自适应调整举例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-图B．3直接模糊控制示例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-图c．1工业实例：集装箱吊车⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·图C．2吊车头与目的地之间的“距离”语言变量图C．3集装箱和吊车头形成的“角度”语言变量图c．4“功率”语言变量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··图C．5规则库⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·图C．6“距离”语言变量的模糊化⋯⋯⋯⋯⋯·图C．7“角度”语言变量的模糊化⋯⋯⋯⋯·图C．8三个规则的子集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·图C．9聚集的元素⋯·⋯⋯-⋯⋯⋯⋯⋯·⋯⋯图c．10聚集原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·图c．¨激活的元素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-图C．12激活原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图C．13综合的元素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·图C．14综合原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图C．15清晰化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-图c．16FCL应用实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·图D．1受控系统原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··图D．2烤炉的模糊控制原理⋯-⋯⋯⋯⋯⋯·图D．3规则块⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·图D．4FCL示例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·表1清晰化方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯一表2清晰化方法的公式⋯⋯⋯·表3OR和AND对偶算法·⋯·一表4激活方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表5综合方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表6运算符优先级⋯⋯⋯⋯⋯-表7保留关键字⋯⋯⋯⋯⋯⋯·表8FCL基本级语言元素(必备)表9FCL扩展级语言元素(可选)表10开放级语言元素清单示例·表11数据检查清单⋯⋯⋯⋯⋯·表A．1推理步骤和常用算法⋯·表c．1推理步骤和指定的运算符表E．1符号、缩写⋯⋯⋯⋯⋯⋯-表E．2同义词⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·Ⅱ拍孙卯即船船舶∞驵孔跎弛弛鹳弘¨“弘跖弘弘拍耵玎∞∞∞如，，8oo加H¨¨""孔弛铊蛇 刖置GB／T15969《可编程序控制器》分为以下几部分：——第1部分：通用信息；——第2部分：设备特性；——第3部分：编程语言；——第4部分：用户导则；——第5部分：通信；——第6部分：基于现场总线的可编程控制器通信；——第7部分：模糊控制编程。本部分为GB／T15969的第7部分。本部分等同采用IEC61131—7：2000《可编程序控制器根据GB／T1．1—2000《标准化工作导则第1部分2000进行了下列编辑性修改：a)“本标准”改为了“本部分”；b)删除了IEC611317：2000的前言；c)凡有“IEC61131”的地方改为“GB／T15969”；d)用小数点“．”代替作小数点的逗号“，”；本部分代替GB／T17165．3—2001《模糊控制装置和系统本部分与GB／T17165．3-2001相比，主要变化如下：GB／T15969．7--2008／1EC61191-7：2000第7部分：模糊控制编程》(英文版)。标准的结构和编写规则》，对IEC61131—7第3部分：可编程控制器模糊控制编程》。⋯⋯将“模糊控制装置和系统第3部分：可编程控制器模糊控制编程”改为了“可编程序控制器第7部分：模糊控制编程”；——将标准号由“GB／T17165．32001”改为“GB／T15969．7—2008”；——“定义”改为“术语和定义”(GB／T17165．3—2001的第3章；本部分的第3章)；——将第3章中术语的排列顺序，按照IEC611317：2000中术语的排列顺序进行了调整(GB／T17165．3200l的第3章；本部分的第3章)；——根据GB／T1．1—2000，进行了重新排版。本部分的附录A、附录B、附录C、附录D、附录E都是资料性附录。本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会第五分技术委员会归口。本部分负责起草单位：西南大学、中国四联仪器仪表集团。本部分参加起草单位：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、北京机械工业自动化研究所。本部分主要起草人：唐雁、陈映萍、黄巧莉、刘进。本部分参加起草人：冯晓升、谢兵兵。本部分所代替标准的历次发布情况为：——GB／T17165．3---2001。m 1范围GB／T15969．7--2008／IEC61131-7：2000可编程序控制器第7部分：模糊控制编程GB／T15969的本部分定义了在可编程控制器中应用模糊控制的编程语言。本部分规定了制造商和用户将模糊控制应用集成于GB／T15969．3—2005规定的可编程序控制器语言中的基本方法，以及在不同编程系统之间交换可移植模糊控制程序的可能性。为了帮助读者理解本部分内容，附录A简单介绍了模糊控制和模糊逻辑的最基本内容。2规范性引用文件下列文件中的条款通过GB／T15969的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。GB／T2900．562002电工术语自动控制(IEC60050—351：1998，IDT)GB／T15969．32005可编程序控制器第3部分：编程语言(IEC61131—3：2002，IDT)3术语和定义3．13．23．33．43．5下列术语和定义适用于本部分。其他有关编程语言的定义由GB／T15969．3—2005确定。注：本章定义的术语在定义主体中以黑体字出现。综合accumulation把各条控制规则推理的结果汇总成一个总的推理结果。注：即推理结果的聚集。聚集aggregation由一条规则的多个子条件的隶属度计算该条规则条件(前件部分)的满足程度。注：即确定一条规则的激活程度。激活activation规则条件的满足程度作用于一个输出模糊集的过程。结论conclasion简单或多维模糊条件语句“若⋯⋯，则⋯⋯”中的“则⋯⋯”部分。注：控制规则的输出，也称后件(consequent)。条件condition简单或多维模糊条件语句“若⋯⋯，则⋯⋯”中的“若⋯⋯”部分。注：也称前件(antecedent)，由模糊算子AND，OR，NOT结合各子条件组成的一个表达式 GB／T15969．7--2008／IEC61131_7：20003．6清晰集crispset模糊集的一种特例，其隶属函数仅取两个值，通常规定为0和1。3．7清晰化defuzzification将模糊(逻辑)推理后得到的模糊集转变成为用作控制的清晰值的过程。3．8隶属度degreeofmembership隶属函数的函数值。表示指定元素隶属于一个模糊集合的程度，其取值范围为[o，1]区间。3．9模糊化fuzzification将输入量的清晰值转变为可用于模糊(逻辑)推理的模糊集合的过程。注：在本部分中具体指求出清晰的输入值对于相应的输入语言变量的每一个语言项的隶属度。3．10模糊控制fuzzycontrol用模糊(逻辑)推理方法，模拟人的操作技能、控制经验和知识的一种控制方法。3．11模糊逻辑fuzzylogic应用模糊集合理论对模糊的概念、判断和推理进行量化处理和分析的一种非经典逻辑。注：模糊逻辑的狭义理解是指真值在[o，1]区间上取值的无限多值逻辑。3．12模糊算子fuzzyoperator在模糊逻辑中所采用的算子。注：例如AND，OR，NOT等。3．13模糊集fuzzyset带有隶属程度(以[o，1]区间上的数表示)的事物(物体、对象或概念)的整体。推理inference以已知的模糊命题为前提(包括大前提和小前提)，提出新的模糊命题作为结论的过程。3．14语言规则linguisticrule“IF-THEN”规则“if—then”rule，表征模糊控制策略的模糊条件语句。注：规则是一个形如“若<条件部分>"贝0<结论部分>”的语句，其中条件部分和结论部分二者之一或全部是语言项3．15语言项linguisticterm语言变量的取值。语言项是以模糊集来定义的。注：即语言值(1inguisticvalue)，3．16语言变量linguisticvariable以人工或自然语言的词、词组或句子(语言项)作为值的变量。3．17隶属函数membershipfunction表征论域中每一元素隶属于一个模糊集合的程度的函数。2 GB／T15969．7--2008／IEC6113I-712000了．18单点集singleton隶属函数仅在一点为l而在其余点为0的模糊集。3．19子条件sobeondition形式为一个变量或“语言变量Is语言项”的基本表达式。3．20规则库rulebase为实现某些目标而建立的控制规则的总和。3．21加权因子weightingfactor描述控制规则的重要程度、可信程度和置信程度的、其值介于0--1之间的一个数。4模糊控制在可编程序控制器中的集成模糊控制应用参照本部分第5章规定的模糊控制语言(FCL)进行编程时，应封装于GB／T15969．3～2005所定义的功能块(或程序)内。GB／T15969．3—2005给出的功能块类型和功能块实例均适用于本部分，以模糊控制语言