MATLAB加热炉温度的模糊控制算法设计与仿真(2)
在工业生产过程中，控制对象各种各样，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例，其关键在于测温和控温两方面。温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。由于控制对象越来越复杂，在温度控制方面，还存在着许多问题。如何更好地提高控制性能，满足不同系统的控制要求，是目前科学研究领域的一个重要课题。温度控制一般指对某一特定空间的温度进行控制调节，使其达到工艺过程的要求。本文主要研究加热炉炉温的控制方法。
加热炉是将电能转换为热能的能量转换装置。具有结构简单、无污染、自动化程度高等特点。与传统的以煤和石化产品为燃料的锅炉相比还具有基本投资少、占地面积小、操作方便、热效率高、能量转化率高等优点。锅炉控制作为过程控制的一个典型，动态特性具有大惯性大延迟的特点，而且伴有非线性。目前国内对其控制大都采用的是开关式控制，甚至是人工控制方法。采用这些控制方法的系统稳定性不好，超调量大，同时对外界环境变化响应慢，实时性差。另外，频繁的开关切换对电网产生很大的冲击，降低了系统的经济效益，减少了锅炉的使用年限。因此，研究一种最佳的加热炉控制方法，对提高系统的经济性、稳定性具有重要的意义。本设计就是采用模糊控制的方法来实现对加热炉的温度控制。
2 模糊数学及模糊控制理论的基础知识
2.1 模糊数学基础概念
2.1.1 模糊集合
模糊集合是模糊数学的基础，它是从经典集合理论发展而来的。在康托创立的经典集合中，对于由某一特定概念形成的集合A,其论域U，即所讨论对象的范围内的某个元素ui是否属于该集合A都能清楚区分，要么属于该集合，要么不属于该集合，不可能出现模棱两可的情况。对应的特征函数XA(ui)取值为“1”或者“0”，不可能在“0”和“1”之间取值。因为就刻画概念的两个方面与集合联系起来看，内涵即为集合的定义，外延则为组成该集合的所有元素，所以集合表述的概念其内涵和外延都是明晰的。
例如下列集合：
模糊控制系统部件={被控对象，模糊化接口，知识库，推理决策，精确化接口}。然而，现实世界是丰富多彩的，充满着各色各样的事物。如果我们对周围的事物加以仔细考虑，就会发现有一些事物是不能用经典集合来概括的。例如对于温度而言，可谓“高温”，“中温”，“低温”，对于年龄而言，有“青年”， “中年”，“老年”。对于这些模糊的概念，无法用经典集合来描述，换句话说，在这样的集合中，其论域内的某一元素不能肯定地判决是“属于”或“不属于”该集合，即不能简单的用特征函数“0”或“1”来刻画。为此，Zadeh于1965年提出了模糊集合的概念，在经典集合 基础上将特征函数的取值范围从{0，1}两值扩大到在[0，1]区间上连续取值，以此来描述一个模糊集。
2.1.2 模糊关系
客观世界的各事物之间普遍存在着联系，关系就是描述事物之间某种联系的一种数学模型，如师生关系，输入输出关系等等。因事物之间的联系有简单有复杂，所以关系也多种多样。两元素之间的关系称为二元关系，表示二元素以上的关系称为多元关系。普通关系只是描述元素之间是否存在某种关联，如父子关系，可用“0”或者“1”两值来刻画，而模糊关系则描述元素间具有某种关联程度的大小，如父子的“相像”关系，只能说父子相像的程度如何，此时不能简单的再用“0”或“1”两值来刻画。