变论域自适应模糊控制器_(完整高清版)

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。

June2022No. 11 Total No. 5012022 年6 月第11期总第501期内蒙古科技与经济Inner Mongolia Science Technology & Economy 基于变论域模糊控制的矿区植被恢复灌溉系统张少华张亮2(1内蒙古工业大学电力学院2内蒙古灵奕高科技(集团)有限责任公司，内蒙古呼和浩特010000)摘 要：文章针对露天矿区植被恢复灌溉系统中的节水与生态恢复等问题，设计了一种基于变论域模糊PID 控制器的灌溉控制系统#该系统根据植被的最佳生长属性及矿区的独特地形，通过采集实时 的土壤湿度数据，控制器实时调整灌溉时间，从而保证植被生长在其最佳土壤湿度附近的土壤中#用 Simulink 搭建灌溉系统仿真模型，通过仿真结果曲线表明，变论域模糊PID 控制器具有更好的稳定状 态、更准确的调节值和更快速的调节时间#关键词:露天矿区；灌溉系统；模糊PID 控制；变论域中图分类号：S274. 2文献标识码:A文章编号1007—6921(2022)11—0103—03矿产资源是我国重要的经济基础和战略保障#而矿产资源的露天开采对原有的生态系统造成了巨 大的破坏％露天矿区的植被恢复、灌溉及其可持续性，是缓解矿区环境破坏压力和重建生态系统的有 力措施％传统的灌溉方式主要依赖人工经验判断墒 情和灌溉量，不仅造成了水资源浪费，还不能满足不同植被对水分的需求％因此，灌溉系统应根据所种 植被的生长属性，适时适量地对植被进行灌溉，提高水资源利用率*1+%可以在废弃露天矿区的基础上加 以修改，在其上修建灌溉系统，为露天矿区的重新利用创造条件％现阶段灌溉控制策略主要有WSN 技术、模糊控制方法、神经网络技术和专家系统控制技术等％ 李凌雁等提出了一种基于分布式ZigBee 和GPRS 无线通信技术的大范围远程控制节水灌溉系统，实现了节水灌溉装置的远程监控和自动化调节冯 兆宇等设计了基于灰色神经网络与模糊控制的寒地水稻灌溉制度，在东北农业大学水稻试验田的试验 结果表明该灌溉控制制度的节水率为11 59%，水 稻产量和结实率也有所提高⑶％杨伟志等设计了基 于物联网和人工智能技术的山地柑橘智能灌溉专家系统，根据采集到的环境数据，结合专家知识和网络接口获取到的天气预报降雨信息，综合权衡后作出控制调节，还通过人工智能自然语言处理技术训练 语义模型，实现自动问答，指导用户栽培柑橘的功 能⑷％刘斌等设计了基于Smith 预估模糊控制器的温室智能灌溉系统，在蔬菜温室大棚内通过ZigBee 构建无线监控网络，从而对结果期西红柿进行了实 地灌溉控制试验，结果显示系统工作稳定，针对温室蔬菜灌溉控制具有更高的控制精度和实用性*5+ %灌溉系统具有滞后、时变和非线性等特点，单一 的PID 控制难以对系统产生良好的控制作用%笔者在先前研究工作的基础上，结合变论域思想、模糊控制和PID 控制，设计了基于PLC 的变论域模糊 PID 控制器，并利用Simulink 进行建模仿真，产生了良好的控制效果，验证了其实施的可能性%1 露天矿区灌溉系统总体设计本文所设计的露天矿区灌溉系统结构如图1 所 示%图1露天矿区灌溉系统结构露天矿区在开采过程中的挖掘与运输等行为#使其在废弃后产生了独特的地形地貌，形成了条状平盘，高陡边坡，平盘与坡面共存的地形%根据废弃 矿区独特的地形特点，灌溉系统在顶层平面修建一 个大型蓄水池给系统供水，建一水源井通过深井泵给蓄水池供水，还包括恒压供水系统、自动水过滤系 统等%根据露天矿区废弃地独特的地形和灌溉系统的控制要求，系统可划分为数据采集层、信息传输层、控制层、执行层等部分%1. 1 数据采集层对土壤湿度、蓄水池液位、压力 等信号进行采 集，数据作为控制器做决策的依据%通过湿度传感器采集实时的土壤湿度数据，液位计采集蓄水池实 时液位，压力传感器采集末端喷枪压力和过滤器前后压力差数据%1. 2 信息传输通过Lora 系统进行执行信号的传输%通过无 线网关和Lora 网关传输由PLC 发出的决策信号# 传输到喷枪以控制其开闭%1. 3 控制层对泵的开关、过滤器开关、喷枪开启时间进行集收稿日期：2021 — 11 — 10・103・总第501期内蒙古科技与经济中控制％ PLC 统一对各类信号进行分析处理后，形 成决策信号分别向各类执行器发送信号%1. 4 执行层各执行器控制自身状态％末端喷枪根据控制器 的决策信号改变开闭状态，深井泵控制启停状态，过滤器根据压差信号控制是否开启自动清洗程序％2 变论域模糊PID 控制器的设计在影响植被生长过程的众多因素中，植被的土壤湿度是关键的一个控制器以土壤湿度为被控 变量，以土壤湿度偏差和偏差变化率为输入，以PID 控制器的输出为控制器的输出%2. 1 变论域模糊PID 控制器结构变论域模糊PID 控制器结构如图2所示图2变论域模糊PID 控制器结构变论域模糊PID 控制器由模糊控制器，论域伸 缩因 子和 可 变 参 数 的 PID 控 制 器 组 成%模 糊 控 制 器以被控变量的误差和误差变化率为输入，经模糊规则输出的3个修正参数作为PID 控制器的输入 之一%论域 伸 缩 因 子 根 据 误 差 和 误差 变 化 率的 变 化，在不改变模糊规则的情况下动态调整，使控制效果更为精确％ PID 控制器以3个初始参数和3个修正参数作为输入％ PID 控制器由比例、积分、微分部 分组成，其一般形式为：u （5 =+ —式中：K p 、K 、K d 分别为PID 控制器的比例系 数、积分系数、微分系数#为被控变量的偏差％2.2变论域思想针对普通模糊控制器的参数在系统运行中无法在线调整、自适应能力差的缺点，变论域思想引入的 伸缩因子可对模糊控制器的论域进行调整，从而提 高系统的控制性能％误差减小伴随论域的收缩，在 收缩的论域范围内增加控制规则，提高了控制器对系统控制的准确性；误差增大伴随论域膨胀，提高了 控制器对系统控制的快速性*7+%论域膨胀与收缩思 想如图 3 所示%2. 3 模糊控制器参数设置实验对象是白蜡树％定义偏差e 和偏差变化率 ec 的基本论域别为「一10% ,10%+和「一10% #10% +模糊控制器输出△K p,?K,?K d 的基本论域分别为「一 0” 15,0. 15+, [ — 0. 03,0. 03+, [ — 0. 01,0.01：%在确定模糊语言值时要兼顾简单性和控制效果%对控制器输入输出进行综合评判后，将输入e 和ec 的模糊语言值划分为｛负大（NB ）,负中（NM ）,负小（NS ）,零（ZO ）,正小（PS ）,正中（PM ）,正大（PB $ ｝,其对应的模糊子集论域为｛ — 3 , — 2 ,— 1,0,123｝%将输出K p , K d 的模糊语言值划分为｛负大（NB ）,负中（NM ）,负小（NS ）,零（ZO ）, 正小（PS ）,正中（PM ）,正大（PB ）｝,其对应的模糊子集论域为｛—3 —2 —1 0 1 2 3｝%隶属度函数曲线的形状和分布均会对控制性能产生较大影响%通常在输入较大的区域采用低分辨 率曲线,在输入较小和输入接近零的区域采用较高分辨率曲线%在确定隶属度函数曲线之间的交叠程度时,要兼顾控制灵敏度和鲁棒性的要求,同时要遵 循清晰性和完备性的原则%模糊控制器输入e 和ec 的隶属度函数曲 线见图 4 输出 △K p △K i △K d 的隶属度函数曲线见图5%图5△K p,?K 1,?K d 隶属度函数曲线2. 4 控制器逻辑规则矩阵表模糊PID 控制参数整定一般规则如下*+：①当土壤湿度迅速上升接近于给定值时,湿度误差e 为 正值且逐渐减小,湿度误差变化率ec 为负值且其绝对值增大,此时应增大K p ,而K ，K d 尽量较小,而后为保证不出现较大超调量,应减小K p 和K,且增大 K d % ②当系统输出 超过给定值并持续 增 加 时 湿度 误差e 为负值且逐渐增大,湿度误差变化率ec 仍为负值但变化速率减缓，此时应通过减小K p 来抑制过大超调量,同时增大K i 和K d 来加快过渡过程,使・104・张少华，等•基于变论域模糊控制的矿区植被恢复灌溉系统2022年第11期系统响应变快％③当系统输出再次接近给定值时,湿度误差e为负值且逐渐减小，湿度误差变化ec为正值且逐渐增大，此时应尽量消除误差、加快响应,选择增大瓦，而后为避免出现振荡，选择减小K p和K d,增大K、。

第一部分模糊控制第2讲模糊控制原理第一节模糊控制（推理）系统的基本结构1.1 模糊控制系统的组成模糊控制器1.2 模糊控制器（推理）的结构1.2 模糊控制器的结构模糊化模糊化的作用是将输入的精确量转换成模糊量。

具体过程为：1）尺度变换尺度变换，将输入变量由基本论域变换到各自的论域范围。

变量作为精确量时，其实际变化范围称为基本论域；作为模糊语言变量时，变量范围称为模糊集论域。

2）模糊处理将变换后的输入量进行模糊化，使精确的输入量变成模糊量，并用相应的模糊集来表示。

知识库1.2 模糊控制器的结构数据库规则库数据库主要包括各语言变量的隶属函数，尺度变换因子及模糊空间的分级数等。

规则库包括了用模糊语言变量表示的一系列控制规则。

它们反映了控制专家的经验和知识。

1.2 模糊控制器的结构◆模糊推理模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模拟人的基于模糊概念的推理能力。

◆清晰化作用：将模糊推理得到的模糊控制量变换为实际用于控制的清晰量。

包括：1) 将模糊量经清晰化变换成论域范围的清晰量。

2) 将清晰量经尺度变换变化成实际的控制量。

1.3 模糊控制器的维数模糊控制器输入变量的个数称为模糊控制器的维数。

对于单输入单输出的控制系统，一般有以下三种情况：一维模糊控制器一个输入：误差；输出为控制量或控制量的变化。

二维模糊控制二个输入：误差及误差的变化。

三维模糊控制器三个输入为输入：误差、误差的变化、误差变化的速率。

第二节模糊控制系统的基本原理2.1 模糊化运算（Fuzzification）2.2 清晰化计算（Defuzzification）2.3 数据库（Data base）2.4 规则库（Rule base）2.4 模糊推理（Fuzzy Inference）2.1 模糊化运算（Fuzzification）模糊化运算是将输入空间的观测量映射为输入论域上的模糊集合。

首先需要对输入变量进行尺度变换，将其变化到相应的论域范围，然后将其模糊化，得到相应的模糊集合。

变论域自适应模糊PID控制器设计探讨发布时间：2021-05-18T03:06:50.233Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第2期作者：陈正一[导读] 探讨了一种比较先进且实用的变论域自适应模糊PID控制方法，现就此探讨如下。

大连国际机场集团有限公司摘要：本文围绕大时滞、时变系统，探讨了一种以变论域模糊控制理论以及模糊PID控制原理为基础的变论域自适应模糊PID控制方法；此方法与变论域模糊控制器、常规模糊IPD控制器所具有的优点相结合，借助论域对模糊PID控制器参数进行调整，以此来提高精度与范围，最终得知，其无论是在自适应能力上，还是在鲁棒性能上，均比较突出，本文先就其具体的设计思路作一剖析，望能为此领域研究提供些许借鉴。

关键词：变论域；自适应控制；设计；模糊PID控制伴随科学技术水平的不断提升，许多先进技术在变论域自适应模糊PID控制器中得到广泛应用，有力推动着此领域的发展与完善；因模糊控制对被控对象所对应的精确数学模型没有依赖性，仅需根据现场操作人员、专家的知识、经验或操作数据，构建与之相匹配、相适应的语言变量控制规则，所以，在非线性系统、大时滞系统以及不确定性系统当中，发挥着重要作用。

但需要指出的是，因模糊控制器（误差e），仅与传统的PD控制器相当，所以常规模糊控制自身具有不高的控制精度以及有限的自适应能力。

针对模糊PID控制来讲，其能够较好的将模糊控制的控制精度问题给予有效解决，但是其模糊规则仅是在开始的过渡过程当中发挥作用，而在有比较小的误差时，PID参数通常较难调准，并且PID对纯滞后此种非线性特性不起作用。

本文在模糊PID控制当中应用变论域模糊控制理论，探讨了一种比较先进且实用的变论域自适应模糊PID控制方法，现就此探讨如下。

1.变论域模糊的理论分析变论域的基本思想为：基于规则形式不变的状态下，论域伴随误差的变小而随之收缩，也就是能够伴随误差的增大而呈现随之扩展的趋势。

从局部从面来考量，论域收缩好似增加规划，也就是插值结点加密，以此促进精度的大幅提升。

基于变论域模糊控制的VSG自适应控制策略自适应控制是指系统能够根据外部环境的变化自动调整控制参数，以保持系统的稳定性和性能。

在电力系统中，由于复杂的变动性和不确定性，自适应控制策略对于保持系统的运行状态至关重要。

基于变论域模糊控制的VSG自适应控制策略是一种有效的控制方法，它结合了变论域控制和模糊控制的优点，能够在应对系统动态变化时实现精确的控制。

一、VSG简介VSG（Virtual Synchronous Generator）是一种基于逆变器的虚拟同步发电机，它模拟了传统的同步发电机的行为。

通过控制逆变器的输出，VSG能够提供与电网同步的有效功率注入，实现对电力系统的稳定控制。

二、变论域模糊控制变论域控制是指根据系统状态的变化，调整控制参数的范围。

在VSG控制中，由于电力系统的动态变化，控制参数的范围需要根据实际情况进行调整。

变论域模糊控制是将模糊控制与变论域控制相结合的一种控制策略。

通过模糊控制器自适应调整控制参数的范围，可以实现对变动环境的精确控制。

三、基于变论域模糊控制的VSG自适应控制策略基于变论域模糊控制的VSG自适应控制策略主要包括以下几个步骤：1. 系统建模与参数估计：首先需要对VSG系统进行建模，并对系统的参数进行估计。

通过测量系统的输入输出数据，可以利用系统辨识方法得到较为准确的系统模型和参数。

2. 变论域参数设计：在VSG自适应控制中，参数的范围需要根据系统状态进行调整。

通过定义合适的变论域函数和参数变化规律，可以实现参数的自适应调整。

3. 模糊控制器设计：利用模糊推理机制，设计一个适应系统状态变化的模糊控制器。

该控制器能够根据系统状态的变化，自动调整控制参数的范围，实现精确的控制。

4. 控制策略实施：将设计好的模糊控制器与VSG系统进行整合，并实施控制策略。

通过实时监测系统的状态，控制器能够根据变论域参数的变化，调整控制策略，以保持系统的稳定性和性能。

四、实例分析为了验证基于变论域模糊控制的VSG自适应控制策略的有效性，我们对一个模拟的电力系统进行实例分析。