模糊控制技術(shù)在煙絲配比控制系統(tǒng)中應(yīng)用

1、模糊控制技術(shù)在煙絲配比控制系統(tǒng)中應(yīng)用關(guān)鍵詞：自動(dòng)配料核子皮帶秤模糊控制串級(jí)控制 控制精度摘要：在卷煙廠核子皮帶秤自動(dòng)配料應(yīng)用中，電控系 統(tǒng)大都采用單一 pid控制方案，控制精度較低，批次間控制 精度波動(dòng)大。通過對(duì)各種影響因素的分析，提出了在傳統(tǒng)pid 控制的基礎(chǔ)上引入模糊控制，形成模糊-pid串級(jí)控制，改 善了過程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)控制質(zhì)量，使五絲配比總 體控制精度由2. 5%提高到0. 5%o核子皮帶秤由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，易維護(hù)，精度 高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于煙草制絲生產(chǎn)線，在五絲（葉絲、薄 片絲、梗絲、膨脹絲、碎絲）配比應(yīng)用中，以一臺(tái)稱為主稱, 其它稱為從稱，從稱根據(jù)工藝要求的配比比

2、例，實(shí)時(shí)跟蹤主 稱，完成物料的自動(dòng)配比控制。其控制方案通常采用常規(guī)的 pid控制算法，對(duì)于固定參數(shù)的系統(tǒng)有著較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。 但在實(shí)際應(yīng)用中，核子皮帶秤自動(dòng)配料系統(tǒng)的控制準(zhǔn)確度會(huì) 受到多個(gè)因素的影響，如：物料物理特性、不同規(guī)格產(chǎn)品攙 配比例大小、系統(tǒng)多環(huán)節(jié)傳遞滯后效應(yīng)、機(jī)械震動(dòng)、給料設(shè) 備安裝準(zhǔn)確度、料倉(cāng)結(jié)構(gòu)形狀等，由于這些干擾因素的存在, 往往導(dǎo)致控制結(jié)果不夠理想，偏差較大，總體精度低。要消 除系統(tǒng)多種干擾，必須引入新的控制思想。1總體控制方案設(shè)計(jì)1.1煙絲配比系統(tǒng)概述在五絲配比集控系統(tǒng)中，每臺(tái)稱利用編碼器測(cè)速，變頻 器調(diào)速，核子電離管采集重量信號(hào)，所有的計(jì)量和控制全部 由一臺(tái)plc完成。以

3、其中的梗絲配比為例，以葉絲流量qnl 作為主秤流量，當(dāng)輸入梗絲配比流量qnp2=k2xqnl （k2為 梗絲配比系數(shù)），qnp2與來自梗絲秤的實(shí)時(shí)流量qn2比較得 到誤差 qn2=qnp2-qn2,通過pid控制器調(diào)節(jié)變頻器改變梗 絲秤帶速，從而使qn2實(shí)時(shí)地與qnp2保持一致，達(dá)到配比 控制的目的。薄片絲、膨脹煙絲以及碎絲的配比控制過程與 梗絲相同。各個(gè)配比通道獨(dú)立且協(xié)調(diào)地工作，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè) 配比集控系統(tǒng)的功能。1.2新控制方案設(shè)計(jì)根據(jù)煙絲配比系統(tǒng)的特點(diǎn)，確定新的控制方案為：在原 有pid架構(gòu)的基礎(chǔ)上引入模糊控制，形成串級(jí)控制，以原pid 控制器為副控制器調(diào)節(jié)流量，保證實(shí)時(shí)流量與主稱隨動(dòng)，以

4、 模糊控制器為主控制器調(diào)節(jié)比例系數(shù)，克服副控制器消除不 了的誤差，保證總體控制精度。系統(tǒng)控制框圖如圖1。該控 制方案的優(yōu)點(diǎn)：pid調(diào)節(jié)器控制實(shí)時(shí)流量，若實(shí)時(shí)流量控制 理想，外界無干擾，控制精度滿足工藝要求，模糊控制器經(jīng) 模糊判斷，不進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)，否則，無論是由pid調(diào)節(jié)累計(jì) 形成的誤差，還是其它干擾引起的總體精度超標(biāo)，只要經(jīng)模 糊判斷總體控制精度超差，模糊控制器就會(huì)給出相應(yīng)的對(duì)策 以減小誤差，達(dá)到提高控制精度的目的。圖1系統(tǒng)控制框圖副調(diào)節(jié)器沿用原有pid控制，下面就模糊控制方案的實(shí) 施進(jìn)行分析。2模糊控制方案設(shè)計(jì)2.1模糊控制器設(shè)計(jì)由于模糊控制器的控制規(guī)則是根據(jù)專家和操作人員的 控制經(jīng)驗(yàn)取得的

5、，模糊控制器的作用就是模仿人工控制，而 用人工控制某一生產(chǎn)過程時(shí)，一般操作人員只能觀察到被控 對(duì)象的輸出變量的變化率，或者觀察到輸出變量和輸出變量 的總和這兩個(gè)狀態(tài)，再憑借經(jīng)驗(yàn)，就可以對(duì)其生產(chǎn)過程進(jìn)行 控制。在此采用二維控制模型，選取偏差值以及偏差變化率 作為輸入變量，而把控制量作為模糊控制器的輸出變量，確 定二維模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)，如圖2所示。x：系統(tǒng)的設(shè)定值，是精確量e、c：系統(tǒng)偏差與偏差變化率，均是精確量e、c：經(jīng)模糊量化處理后，偏差與偏差變化率對(duì)應(yīng)的模 糊量u：模糊量的控制作用u：精確量的控制作用針對(duì)本煙絲配比系統(tǒng)，在保留原有pid控制的前提下， 以梗絲稱為例，模糊控制變量應(yīng)這樣選擇

6、：以理論梗絲累計(jì) 量wn2=k2xwl和實(shí)際梗絲累計(jì)量w2差值e=wn2-w2為偏差, 以e變化率c為另一輸入，以工藝要求控制精度5上下限 所確定的k2變化范圍k21=k2x (1± 8 )為控制量輸出，同 時(shí)k21取代原pid控制器k2,作為副調(diào)節(jié)器給定流量的比例 因子。2.2模糊化根據(jù)模糊控制原理，本系統(tǒng)選取七個(gè)模糊子集來描述煙 絲累積量偏差e,偏差變化率c和輸出控制量u,七個(gè)模糊 子集為：“負(fù)大”、“負(fù)中”、“負(fù)小”、“零”、“正 小”、“正中”、“正大”，分別用英文字母音nb、nm、 ns、zo、ps、pm、pb表示，這樣能滿足模糊集論域中所含的 元素個(gè)數(shù)為模糊語言詞集總數(shù)的

7、兩倍以上，避免出現(xiàn)失控現(xiàn) 象。2.3建立模糊控制規(guī)則本系統(tǒng)中，累計(jì)量偏差e,偏差變化率c,控制量u的 變量為：nb, nm, ns, no, po, ps, pm, pb ,分 別表示負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中和正大。根據(jù)實(shí) 際生產(chǎn)中積累的煙絲配比操作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出如下控制規(guī)則：首先考慮誤差為負(fù)的情況，當(dāng)誤差為負(fù)大的時(shí)候，若當(dāng) 誤差變化為負(fù)，這時(shí)誤差有增大的趨勢(shì)，為盡快消除已有的 負(fù)大誤差并抑制誤差變大，所以控制量的變化取正大。當(dāng)誤 差為負(fù)而誤差變化為正時(shí)，系統(tǒng)本身己有減少誤差的趨勢(shì)， 所以為盡快消除誤差且又不超調(diào)，應(yīng)取較小的控制量。若誤 差變化為正大或正中時(shí)，控制量不宜增大，否則造成超調(diào)會(huì) 產(chǎn)生正誤差，因此這時(shí)控制量變化取0等級(jí)。當(dāng)誤差為負(fù) 小時(shí)，系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)，若誤差變化為負(fù)，選取控制量變化 為正中以抑制誤差往負(fù)方向變化；若誤差變化為正，系統(tǒng)本身有趨勢(shì)消 除負(fù)小的誤差，選取控制量變化為正小即可。上述選取控制量變化的原則是：當(dāng)誤差大或較大時(shí)，選 擇控制量以盡快消除誤差為主，而當(dāng)誤差小或較小時(shí)，選擇 控制量要注意防止超調(diào)，以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主要出發(fā)點(diǎn)。3結(jié)論引入模糊pid串級(jí)控制的核子皮帶秤自動(dòng)配料系統(tǒng)，改 善了過程的動(dòng)態(tài)特性，提髙了系統(tǒng)控制質(zhì)量，由于模糊控制 器的快速反應(yīng)能力，能迅速克服進(jìn)入系統(tǒng)的二次擾動(dòng)，對(duì)負(fù) 荷變化的適應(yīng)性增強(qiáng)。運(yùn)行實(shí)踐證明，煙絲配