邏輯控制

邏輯控制又叫推理控制，它是在隨機控制和經驗控制的基礎上運用邏輯原則和邏輯方法，對系統進行控制的一種形式。它可以分為邏輯推理和數學推理，前者側重於定性推理，後者側重於定量推理。人們發現，雖然對某一事物的某種性質一無所知，但對另一些事物的這種性質有了控制的經驗。當這2類事物在某些方面相一致時，就可以把後一種事物的控制用於前一種事物的控制。例如：曹衝稱象，把大象引到船上，刻下吃水線，再把大象換成石頭，待船沉到同樣的吃水線上，通過稱出石頭的重量測得大象的體重。這個方法實際就是邏輯控制方法。由於這種控制方法歸根到底是使用別處的經驗，所以也叫經驗轉移。它通過中間起過渡作用的媒介實現控制，因此，又叫共軛控制 ^[2]  。

PLC具有邏輯運算功能。它設置有“與”、“或”、“非”等邏輯運算指令。能夠描述繼電器觸點的串聯、並聯、串/並聯、並/串聯等各種連接。因此。它可以代替繼電器進行組合邏輯和順序邏輯控制 ^[3]  。

邏輯“與”可以用兩個互相串聯的開關對一盞燈供電的效果來比擬。比如有甲乙兩人對某事發表意見，可以用這個最簡單的表決電路。每人前面有個開關，兩開關串聯之後接到一盞燈上，只有兩人都把開關置於通的狀態，燈才會亮。燈亮就表明甲乙兩人都一致同意 ^[4]  。

通常浴室和廚房共用一個熱水器，無論【洗澡】“或”【洗碗】都能使熱水器供應熱水，從這兩個閥門看，這就是邏輯“或”的關係。兩個條件中任何一個成立就能得到熱水，不一定要都具備 ^[4]  。

邏輯“或”的關係也可以用電路比擬，就是兩個開關並聯給同一盞燈供電的效果。如若把甲乙兩人面前的開關並聯起來，只要有任何一個人把開關置於通的狀態，燈就會亮。亮就表明甲乙之中至少有一人同意（也許兩人都同意） ^[4]  。

此外，還有邏輯“非”的關係，那就是否定的意思。只要把某個條件的定義反過來就成了“非”的意思。例如【沒滅火】就是“非”【滅火】。那麼，【停水】也就是“非”【沒停水】。對電路來説，開關的【通】及【斷】顛倒過來，就成了“非”的關係 ^[4]  。

控制系統意味着通過它可以按照所希望的方式保持和改變機器、機構或其他設備內任何感興趣或可變的量。控制系統同時是為了使被控制對象達到預定的理想狀態而實施的。控制系統使被控制對象趨於某種需要的穩定狀態 ^[5]  。

控制系統有幾種分類方法： ^[5] 

1、按控制原理的不同，自動控制系統分為開環控制系統和閉環控制系統 ^[5]  。

在開環控制系統中，系統輸出只受輸入的控制，控制精度和抑制干擾的特性都比較差。開環控制系統中，基於按時序進行邏輯控制的稱為順序控制系統；由順序控制裝置、檢測元件、執行機構和被控工業對象所組成。主要應用於機械、化工、物料裝卸運輸等過程的控制以及機械手和生產自動線 ^[5]  。

閉環控制系統是建立在反饋原理基礎之上的，利用輸出量同期望值的偏差對系統進行控制，可獲得比較好的控制性能。閉環控制系統又稱反饋控制系統 ^[5]  。

2、按給定信號分類，自動控制系統可分為恆值控制系統、隨動控制系統和程序控制系統 ^[5]  。

給定值不變，要求系統輸出量以一定的精度接近給定希望值的系統。如生產過程中的温度、壓力、流量、液位高度、電動機轉速等自動控制系統屬於恆值系統 ^[5]  。

給定值按未知時間函數變化，要求輸出跟隨給定值的變化。如跟隨衞星的雷達天線系統 ^[5]  。

給定值按一定時間函數變化。如程控機牀 ^[5]  。

最早機械電氣控制系統出現在20世紀20年代，最初採用按鈕和開關進行手動控制，後來出現了接觸器和繼電器及其控制系統，實現了對控制對象的啓動、停止、有級調速及自動工作循環控制。這種控制裝置結構簡單、直觀易懂、維護方便、價格低廉，因此在機械設備控制上得到廣泛的應用，而且一直應用至今。其缺點是，控制系統難以改變控制程序，採用機械觸點實現開關控制，觸點容易出現鬆動和電磨損，若控制系統稍為複雜一些，則可靠性較低 ^[6]  。

20世紀60年代中期，隨着成組技術的出現，要求在同一台自動機牀加工工藝相似而結構不同的零件，生產工藝及流程經常變化，接觸器-繼電器控制系統已經不能滿足這種需要，於是出現了以邏輯門電路和繼電器組成的順序控制器。這種控制器利用二極管矩陣或二極管矩陣插銷板編制程序，可方便地改變程序，同時這種控制系統克服了接觸器-繼電器控制系統壽命短、工作頻率低、功能簡單、可靠性差等缺點，是常用的順序控制系統之一 ^[6]  。

隨着計算機技術和自動控制技術的飛速發展，20世紀60年代末，出現了具有運算功能和功率輸出能力的可編程邏輯控制器（PLC）。它是由大規模集成電路、電子開關、功率輸出器件等組成的專用微型電子計算機，具有邏輯控制、定時、計數、算術運算、編程及存儲功能，程序編制和修改容易，輸入輸出接線簡單，通用靈活，抗干擾能力強，適用於工業環境，工作可靠性高，以及體積小等一系列優點。到20世紀80年代中期，PHC已廣泛地應用到各行各業的機械設備的自動控制上，成為工業自動化領域的主流控制器。目前，PLC總的發展趨勢是高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能 ^[6]  。

傳統的布爾集合理論用非“0”即“1”的邏輯評判事物，例如評判一個成年男子的身高，1.80 m以上為高個子，1.799m就不是高個子，這在現實生活中是明顯不合理的，它無法表示程度的概念 ^[7]  。

模糊邏輯是用更加精確的方法來表示和分析不精確、不完全的信息。例如，一個人的身高為1.75 m，我們説他是比較高的，此人46%屬於高個子，這樣就比較符合人的思維 ^[7]  。

模糊邏輯控制是按照模糊邏輯理論實現過程控制的方法，比傳統的PID控制具有更高的智能，可以根據使用環境的變化修正參數使輸出值無限接近設定值 ^[7]  。

實現模糊邏輯控制一般是先將精確的輸入量模糊化，使每一個輸入量都對應於一個模糊集合；然後根據專家經驗制訂模糊控制規則，進行模糊推理，得到一個模糊的輸出量集合；最後進行解模糊化，將模糊控制的輸出進行清晰化處理，輸出精確的輸出量 ^[7]  。