第三章 InTouch中模糊控制功能的扩展
由美国Wonderware公司推出的InTouch是监控软件中应用较广泛的工控组态软件之一, 该软件功能强大、组态方式灵活, 是当前工控领域中简便易行的“ 快速应用程序生成器” , 特别是在生产过程参数的监控中, 更显示出它巨大的优点。但是在处理复杂数据时, 计算功能却受到了一定的限制，本章的主要讲解了如何把先进控制(即本文所选的模糊控制算法)嵌入到InTouch中以扩展其控制功能以更好的适应工业生产的需要。
3.1 组态软件InTouch简介
一个完整的InTouch 软件包包括3个部分: 软件开发环境WindowMaker, 软件运行环境WindowViewer, 运行记录本Wonderwareloger软件开发环境WindowMaker 用于制作所需要的应用软件。应用软件是一组特定的文件, 运行时由一个可运行文件加以解释, 产生所设计的目的。这个可运行文件就是软件运行环境WindowViewer。而Wonderwareloger用于记录InTouch 应用软件一次运行过程中所发生的一切事件。
用InTouch开发的实时监控应用软件可以实现下列功能: ①色彩多样、形态逼真的二文动态效果的实物体和画面。InTouch具有很强的绘图功能, 利用InTouch绘图工具箱可以方便地绘出工艺流程控制图, 并用调色板对所画图进行着色, 再把绘制好的图形与预先定义标记过的参数进行“连接”, 就可形成色彩多样、形态逼真的动态画面。②具有数据报警功能。这种报警功能包括数据报警、偏差报警和速率报警等多种报警方式。③绘图工具提供的制作实时曲线图、历史趋势图的功能, 为实时数据、历史数据的显示、存储、利用提供了在线帮助。用于生成生产报表、查询生产状况等。④多种用户数据输入方式。
一个InTouch应用软件主要由四部分构成: ①标记名数据字典: 标记(Tag) 是InTouch特有的概念。其含义类似编程语言中的变量。每一个标记具有不同的类型,其名字和类型由应用设计者在软件设计时定义。应用软件运行时, InTouch根据每个标记的类型, 在内存中分配相应长度的单元存储标记值, 标记值可在软件运行时动态更新。InTouch常利用标记记录生产过程和软件运行时的状态数据。②图形界面: InTouch应用软件运行时的各种显示界面均可在开发环境中绘出。InTouch提供了
丰富的绘图功能。另外根据工业控制的特殊需要, 还提供了实时、历史数据趋势图, 多级报警显示等图形对象。用户可以方便地在自己的显示界面中加入这些应用, 而不需专门绘制。③动画连接: 将绘制好的图形与预先定义过的参数进行“连接”操作, 就给图形赋予了具体的意义。其实质就是通过使目标或图形符号的外形发生变化, 以反映标记名数据字典的变量值的变化或使标记名和其他符号的表达式的变化。④逻辑: 所谓“逻辑”, 实际上指一组用文本编写的逻辑判断和动作执行语句, 由InTouch在应用软件运行时加以解释, 从而让用户建立各动作与“逻辑”的各定制系统函数之间的联系。“逻辑”中提供了很多函数, 丰富了它的编辑功能, 也为使用其他软件来弥补它自身的不足创造了条件。
InTouch应用软件的编制过程应包括以下步骤:
(1) 了解用户需要, 熟悉控制对像。设计显示界面, 列出控制过程中的所有状态变量, 以及生产过程中可能出现的情况及处理方法。
(2) 定义标记。根据列出的状态变量定义所需标记。
(3) 绘制界面。包括全厂工艺流程控制图、局部工艺控制图和单台设备控制图等。(4) 定义动画连接。把所定义标记的状态变量和图形“连接”上。
(5) 编写“逻辑”。
(6) 用其他语言编写与之联系的扩展功能的软件。
InTouch是一个非常实用的人——机接口软件,编程工作量非常小, 而且强大的绘图能力可节省不少时间; 它的动画连接功能方便地实现了动态数据检测、显示、报警等功能。
3.2 模糊控制算法
随着科学技术的迅猛发展，各个领域对自动控制系统控制精度，响应速度，系统稳定性与适应能力的要求越来越高，所研究的系统也日益复杂多变。然而由于一系列原因，诸如被控对象或过程的非线性，时变性，多参数间的强烈耦合，较大的随机干扰等等，难以建立被控对象的精确模型。对于那些难以建立数学模型的复杂被控对象，采用传统的控制方法，往往不如一个有实践经验的操作人员所进行的手动控制效果好。因为人脑有能力对模糊的事物进行识别与判决，看起来似乎不确切的模糊手段常常可以达到精确的目的。操作人员通过不断地学习，积累操作经验来实现对被控对象的控制，这些经验包括对被控对象特征的了解，在各种情况下相应的控制策略以及性能指标判据。这些信息通常是以自然语言的形式表达的，其特点是定性的描述，所以具有模糊性。由于这种特性使得人们无法用现有的定量控制理论对这些信息进行处理，需要探索出新的理论与方法，于是出现了模糊控制理论。
模糊集合和模糊控制的概念是有美国加利福尼亚大学著名教授L.A.Zadeh在其Fuzzy Sets, Fuzzy Algorithm和A Rationale for Fuzzy Control等著名论著中首先提出的。模糊集合的引入，可将人的判断，思文过程用比较简单的数学形式直接表达出来，从而使对复杂系统做出合乎实际的，符合人类思文方式的处理成为可能，为经典模糊控制器的形成奠定了基础。
为了加快模糊控制理论的研究，1972年，以日本东京大学为中心，发起成立了“模糊系统研究会”。1974年在加利福尼亚大学的美日研究班上，进行了有关“模糊集合及其应用”的国际学术交流。1978年在国际上开始发行Fuzzy Sets and Systerms专业杂志。1984年IFSA(International Fuzzy Systerm Association)正式成立，并已召开了几届国际模糊系统会议。从1992年起，IEEE Fuzzy Systerms国际会议每年举办一次。1993年，IEEE Trans.on Fuzzy Systerms开始出版。尽管模糊理论的提出至今只有30多年，但其对于控制理论的研究与发展具有重大意义。
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