基于PLC的模糊參數(shù)自整定溫度控制系統(tǒng)研究

1、 您的論文得到兩院院士關(guān)注文章編號(hào)：（）控制系統(tǒng)基于的模糊參數(shù)自整定溫度控制系統(tǒng)研究（中南大學(xué)）李建平王曉沖謝敬華摘要：針對(duì)鋁箔退火過程中爐溫大滯后和大慣性等特點(diǎn)，提出了一種基于的模糊參數(shù)自整定控制算法。本論控文利用中的指針尋址查表方法實(shí)現(xiàn)在線查詢功能，使得控制算法簡(jiǎn)單明了。結(jié)果表明：該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性、制精度和品質(zhì)。關(guān)鍵詞：控制；模糊參數(shù)自整定；中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：，：；近年來，模糊控制在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，然而在模糊單片控制應(yīng)用領(lǐng)域，其模糊控制器基本上都是由個(gè)人計(jì)算機(jī)、機(jī)或?qū)Ｓ媚：刂菩酒瑢?shí)現(xiàn)的。模糊控制在上的實(shí)現(xiàn)方式基本分為兩種：一種是通過專用的硬件實(shí)現(xiàn)，但其價(jià)格昂貴，并且需要

2、使用專用編程設(shè)備，通用性差；另一種實(shí)際采用較多的是通過軟件實(shí)現(xiàn)，把模糊控制程序作為整個(gè)控制程序的一模糊推理和控制信號(hào)輸出，通過中個(gè)子程序，包括數(shù)據(jù)的讀取、斷調(diào)用子程序完成模糊控制。目前對(duì)于溫度的控制大多是采用這種方法簡(jiǎn)單，便與實(shí)現(xiàn)，但是參數(shù)整定比較困難，在控制。實(shí)際中我們往往是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來手動(dòng)設(shè)定參數(shù)，且一組整定的參數(shù)不能完全適應(yīng)不同的退火工藝要求，還易產(chǎn)生較大的超調(diào)。本研究針對(duì)退火過程中出現(xiàn)的升溫速度慢、超調(diào)量大、控制精度不高等現(xiàn)象，利用編程軟件，采用模塊化編程方法，使用梯形圖及語(yǔ)句表編制程序?qū)崿F(xiàn)模糊控制算法，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的控制模塊中的、和進(jìn)行模糊參數(shù)自整定，以達(dá)到良好的控制效果和良好的穩(wěn)定性。主站

3、從站接口，可用于建立分布式結(jié)構(gòu)和根據(jù)系統(tǒng)要求，主站擴(kuò)展了一個(gè)數(shù)字量輸入大規(guī)模的配置。模塊、兩個(gè)數(shù)字量輸出模塊和一個(gè)模擬量輸出模塊，用來控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和溫度控制。在從站中配置了開關(guān)量輸入模塊和輸出模塊和模擬量輸入模塊，用來控制爐門的升降、爐門氣缸的動(dòng)作、爐門安全銷的動(dòng)作、爐體上各種儀表或傳感器的檢測(cè)以及采集爐氣溫度和料溫。技術(shù)創(chuàng)新控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)思想對(duì)于象退火爐這樣的大滯后、大慣性和時(shí)變性的溫度控制系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的控制，同一組控制參數(shù)很難兼顧不同退火工藝的控制要求，控制的超調(diào)大，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，控制效果較差。為了降低超調(diào)量，提高控制精度，采用模糊推理，實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)、適應(yīng)性強(qiáng)、和的在線自整定。使其具有

4、魯棒性強(qiáng)、控制精度高等特點(diǎn)?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由參數(shù)可調(diào)整和模糊調(diào)節(jié)器兩部分組成。如圖所示。鋁箔退火爐溫度控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)該溫度控制系統(tǒng)主要由和人機(jī)界面構(gòu)成。人機(jī)界面完成智能化的后臺(tái)管理、各種退火參數(shù)的設(shè)定及退火狀況的監(jiān)視和報(bào)警。由，數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊和模、擬量輸出模塊組成的主要完成系統(tǒng)中各種信號(hào)的采集、設(shè)定參數(shù)的處理、各個(gè)電機(jī)的控制和溫度的控制。由于在退火爐與控制室之間大約有米的距離，因此本系統(tǒng)選用了帶從站功能的，其具有大中規(guī)模的程序容量，對(duì)二進(jìn)制和浮點(diǎn)數(shù)有較高的處理性能，有兩個(gè)李建平：教授博士基金項(xiàng)目：國(guó)家十一五項(xiàng)目（）國(guó)家教育部留學(xué)回國(guó)人員基金資助項(xiàng)

5、目（）技術(shù)應(yīng)用例圖控制系統(tǒng)原理由參數(shù)可調(diào)節(jié)來完成對(duì)溫度系統(tǒng)的控制，模糊調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)對(duì)的個(gè)參數(shù)的自動(dòng)校正。數(shù)字控制的位置式算法為：（）式中：為比例系數(shù)；（）為控制器的輸出；（）為偏差值；為采樣周期；為積分時(shí)間；為微分時(shí)間。控制模塊中，、分別對(duì)應(yīng)于輸入?yún)?shù)、。：元年控制系統(tǒng)中文核心期刊微計(jì)算機(jī)信息（測(cè)控自動(dòng)化）年第卷第期地址為，依次為、（的規(guī)則數(shù)是）。如采用常規(guī)的判斷語(yǔ)句的查表方法，將會(huì)使程序語(yǔ)句多而繁瑣，因此采用中的指針尋址查表方法。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，將輸入模糊論域的元素均增加，即轉(zhuǎn)化為，。參數(shù)自整定模糊控制器的設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的要求，用于參數(shù)自整定的模糊控制器采用二輸入三輸出的形式，以系統(tǒng)誤差和誤差變化

6、為輸入語(yǔ)言變量，以、和為輸出語(yǔ)言變量。輸入和的模糊集均取為；輸出、和的模糊集均取為和的論域取為，；、和的論域取為，考慮到的性能，、和的隸屬函數(shù)均取三角函數(shù)形式。根據(jù)上述參數(shù)的整定原則以及對(duì)退火爐控制過程中現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)調(diào)節(jié)的經(jīng)驗(yàn)可得模糊調(diào)節(jié)規(guī)則如表所示。表模糊控制規(guī)則技術(shù)創(chuàng)新表中的模糊控制器的可以寫成下列條件語(yǔ)句形式，即、（，）其中、和是分別是語(yǔ)言變量，在其論域、上的語(yǔ)言變量值，所有規(guī)則組合在一起構(gòu)成了規(guī)則庫(kù)。設(shè)已知模糊控制器的輸入模糊量是且是，則根據(jù)模糊控制規(guī)則進(jìn)行近似推理，可得出模糊量（用模糊量表示）為圖模糊控制算法流程圖控制量的基址為，偏移地址為×（×），由，可運(yùn)算“”采用

7、求交（取小）方法；合成運(yùn)算采用最大最小方法，蘊(yùn)含運(yùn)算采用方法。根據(jù)輸入量和模糊量化后得到的，可算出相應(yīng)得，對(duì)，中元素所有組合全部計(jì)算出相應(yīng)的的輸出值，可以方便地得到模糊輸出的模糊控制查詢表。以確定控制量的絕對(duì)地址為×（×），通過指針變量獲得地址中存儲(chǔ)的的模糊值。以下給出主要程序的部分示例：循環(huán)中斷組織塊：每隔調(diào)用實(shí)現(xiàn)模糊參數(shù)自整定，：模糊控制器的程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)流程圖模糊控制策略程序設(shè)計(jì)流程如圖所示。模糊控制器程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路的編程系統(tǒng)提供了豐富的功能模塊，為模糊控制算法的實(shí)現(xiàn)提供了方便。主循環(huán)程序模塊：所對(duì)應(yīng)共享數(shù)據(jù)塊的比例增益輸入實(shí)現(xiàn)對(duì)功能和功能塊的調(diào)用以及信號(hào)和數(shù)據(jù)的

8、傳遞?？紤]到退火爐爐內(nèi)空間大，溫度在較短的時(shí)間內(nèi)基本上無顯著變化，循環(huán)中斷組織塊選擇時(shí)間間隔為的。功能塊為模糊控制器，完成整個(gè)模糊控制功能。與之相對(duì)應(yīng)的背景數(shù)據(jù)塊為，主要存儲(chǔ)量化因子及目標(biāo)溫度，測(cè)量溫度等其他的參數(shù)。由功能四個(gè)子程序組成。其中完成和的計(jì)算；進(jìn)行模糊化處理；實(shí)現(xiàn)模糊控制表的查詢功能；完成、和的清晰化處理。：所對(duì)應(yīng)共享數(shù)據(jù)塊的積分時(shí)間輸入：所對(duì)應(yīng)共享數(shù)據(jù)塊的微分時(shí)間輸入功能：實(shí)現(xiàn)模糊控制量的查詢功能輸入變量中存放的絕對(duì)地址臨時(shí)變量現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用例模糊控制查詢表程序設(shè)計(jì)在圖程序流程圖中，核心即為模糊控制查詢表的查詢程序。模糊控制表中的模糊控制量按照先行后列，由左向右的訪問方式順序存

9、儲(chǔ)到數(shù)據(jù)塊中。數(shù)據(jù)類型為整型（）。首元： 您的論文得到兩院院士關(guān)注控制系統(tǒng)謝敬華通訊地址：（湖南省長(zhǎng)沙市中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院）王曉沖（收稿日期：）（修稿日期：）將的值存入最后由實(shí)現(xiàn)控制量、和的清晰化轉(zhuǎn)換，將最終計(jì)算結(jié)果送到中對(duì)應(yīng)的參數(shù)中。通過，輸出控制量送到模擬量輸出模塊實(shí)現(xiàn)控制作用。實(shí)際應(yīng)用將本控制系統(tǒng)應(yīng)用于某鋁業(yè)公司的噸鋁箔退火爐的溫度控制系統(tǒng)中，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明模糊參數(shù)自整定控制較常規(guī)的控制有更好的控制效果。圖是退火過程中溫度的變化曲線。設(shè)定保溫溫度為，分別采用兩種不同的控制方式。從圖中可以看出，模糊參數(shù)自整定控制的超調(diào)量比常規(guī)控制降低，上升時(shí)間縮短。模糊參數(shù)自整定控制的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性全面改

10、善，表現(xiàn)出良好的魯棒性。（上接第頁(yè)）不僅檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，而且具有監(jiān)測(cè)、記錄、報(bào)警和故障排除的功能，同時(shí)實(shí)時(shí)性和精度符合鐵道部部頒標(biāo)準(zhǔn)，目前該裝置已經(jīng)通過鑒定，可以從技術(shù)上確保了機(jī)車的安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益：經(jīng)過廣泛調(diào)研，發(fā)現(xiàn)單以準(zhǔn)高速客車為例，如果制動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，甩車一天修理，僅就一輛客車計(jì)算，滿員人，以一天個(gè)單程，的上座率，每人次元票費(fèi)，檢修費(fèi)元計(jì)算，直接損失就高達(dá)萬元，若采用本系統(tǒng)，就能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)行車時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生的故障，并報(bào)警排除，極大程度地減少故障發(fā)生率，因此可以產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益。本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：本文提出一種采用單片機(jī)為核心控制器的新圖常規(guī)和模

11、糊參數(shù)自整定控制運(yùn)行結(jié)果比較技自動(dòng)排除故障。術(shù)采集、存儲(chǔ)、分析，而且可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患、該系統(tǒng)作為河北工業(yè)大學(xué)科研課題“制控系統(tǒng)監(jiān)控裝置研究”（項(xiàng)目編號(hào)）的研究成果，已經(jīng)通過鑒定，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和創(chuàng)精度均達(dá)到鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)的研制成功填補(bǔ)了制動(dòng)機(jī)故障監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)的空白，在技術(shù)上確保機(jī)車的安全穩(wěn)定運(yùn)行，具新型列車制動(dòng)故障監(jiān)控系統(tǒng)，不但能對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、對(duì)制動(dòng)故障進(jìn)行報(bào)警，對(duì)列車制動(dòng)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行有很好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。結(jié)論基于實(shí)現(xiàn)參數(shù)的模糊自整定，既保留了靈活性等特點(diǎn)，又提高了控制的智能化程控制的可靠性、度，取得了令人滿意的的效果。對(duì)于那些大時(shí)滯、大慣性、難以建立

12、精確數(shù)學(xué)模型的控制對(duì)象，基于的模糊控制方法不失為一種較理想的方案。本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：利用中的指針尋址查表方法實(shí)現(xiàn)在線查詢功能，既節(jié)省了計(jì)算時(shí)間，又使得控制算法簡(jiǎn)單明了。對(duì)于那些大時(shí)滯、大慣性、難以建立精確數(shù)學(xué)模型的控制對(duì)象，基于的模糊控制方法不失為一種較理想的方案。參考文獻(xiàn)廖常初應(yīng)用技術(shù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，李國(guó)勇智能控制及其實(shí)現(xiàn)北京：電子工業(yè)出版社，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和智能控制哈爾濱：哈爾濱工業(yè)李士勇模糊控制出版社，謝閱，劉書平，王曉東，在垃圾場(chǎng)膜污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用，微計(jì)算機(jī)信息，：。作者簡(jiǎn)介：李建平（），漢，男，湖南長(zhǎng)沙人，中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院教授，博士，主要研究方向：機(jī)械電子工程；王曉沖（），男，湖南衡陽(yáng)人，碩士研究生，主要研究方向：機(jī)械電子工程；謝敬華（），男，中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院講師，博士。：，：（湖南長(zhǎng)沙市中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院）李建平王曉沖技術(shù)應(yīng)用例參考文獻(xiàn)施國(guó)君高速單片機(jī)原理及應(yīng)用北潘琢金，京航空航天大學(xué)出版社，周游基于自適應(yīng)控制的多孔陶瓷透氣度測(cè)試系劉教瑜，統(tǒng)的設(shè)計(jì)微計(jì)算機(jī)信息，：陳亭志，莫易敏機(jī)車單元制動(dòng)器工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研余先濤，制，內(nèi)燃機(jī)車，：，何立民系列單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)