模糊控制器在M18單圓盤銅澆鑄機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用

1、模糊控制器在M18單圓盤銅澆鑄機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用1965年英國肋劌思尼亞大學(xué)著名教授LA.Zadeh提出了模協(xié)控制理論+該理論以模糊數(shù)學(xué)為基冊，將自然語言轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)所能識別的打法語言，禮冃模期集合寤人的思維、判斷過程用簡單的數(shù)學(xué)形式表達(dá)出來因此可以對豆雜系統(tǒng)作出切合實(shí)際的、符合人類思維方式的處理，20fiL樓糊控制系統(tǒng)特別適合于控制工程中難次建立數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜杓被控對象，用基于模糊數(shù)常的“模糊模型”進(jìn)行控制，具有良好隍曾棒性那適應(yīng)性模糊控關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3"示。如圖3-1可知模糊控制系統(tǒng)由五個(gè)部分組成次幼：(1) 模糊控制器模糊捽制系統(tǒng)的核衛(wèi)是模關(guān)控制娜.它是一臺具可捋殊聲法的微形訃

2、算機(jī).宅要場能是完成對輸入呈的各種處理(模糊化處理、模棉規(guī)則運(yùn)算-模期推理決號運(yùn)算等人(2) 需人/輸出接口電囲模桎控制鑒連接前、右系統(tǒng)的兩個(gè)逋道口是接口電路.左實(shí)醞工程中，務(wù)數(shù)被控對彖的信號是欖擬駅，由丁模梅挖制器是數(shù)字換作系統(tǒng)勺因此恵須對與之用連的部分進(jìn)行A/D和D/A轉(zhuǎn)換.(3) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)各類電劫機(jī)、洼壓閥和氣動閥囑均可以用作執(zhí)行機(jī)構(gòu)-(4) 彼挖對彖左模糊控制系統(tǒng)中枝揑對象可以是一種叢置(或設(shè)備歴梵群伍八也可以是社會的、生物的或其他的各種炊態(tài)轉(zhuǎn)萼過程被控量可以是定?；驎r(shí)變的*也可以是線性的或非踐性的等務(wù)秤怙況(5) 測量和辰做裝置測呈和反鍛裝置是以傳幣器為主體將般控對象歎出的各科非電雖

3、信號(如速度s壓力、沮度等)裝換為電雖瞎氏經(jīng)過放大、濾筱處理后變?yōu)橥谥坡曀芙邮艿男盘?，從而?gòu)成系統(tǒng)的閉環(huán)通道。測鼠及反饋裝置的精度、可靠性及穩(wěn)定性直接影響著控制系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，因此對該裝置的選擇非常重要。3.2M18單圓盤銅澆鑄機(jī)定量澆鑄模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)模糊控制器的組成如圖3-2所示.它包括有：輸入量模糕化、知識庫和推理機(jī)、輸出解模宙等部分圖3-2模禮挫釗器的組成框圖1、模糊化將輸入的精確量轉(zhuǎn)換成模梅化量的過程叫做模糊化。輸入雖通常是指來自外界的參考輸入和狀態(tài)等.模粧化過程如下：（1）確定輸入量并進(jìn)行處理，一般選擇誤差£和誤差的變化率EC作為輸入變量.（2）對輸入量進(jìn)行尺度變換

4、，變換到相應(yīng)的論域范圍絢。例如將輸入量誤筮E及誤差變化率EC分別變換到各自的論域范圍后對規(guī)范化的變址進(jìn)行模桂化.（3）對已變換后的輸入量進(jìn)行模糊化處理，即把精確的輸入量變成模粳量,用相應(yīng)的模槪集合來表示.而輸入的模糊集必須覆蓋整個(gè)論域，從而使得每個(gè)輸入值都有非零的隸屬函數(shù)值輸入模糊集的數(shù)目、形狀等都是控制器的設(shè)計(jì)參數(shù)。不同的輸入變量可以有不同數(shù)目的模槪集.2、知識庫知識庫中儲存了模糊推理所需要的知識】.山數(shù)據(jù)庫和模糊控制規(guī)則庫組成.（1）數(shù)據(jù)庫主要儲存了各個(gè)語言變量的隸屬度歯數(shù)、變換因子以及模糊空間的分割數(shù)等.（2）規(guī)則庫包含了專家總結(jié)出來的控制規(guī)則卩忙3、模糊推理模梅控制器的核心是模視推理別

5、亠】，它具有模擬人的模糊推理能力。模糊推理是建立在模粳數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的，模糊控制器杈據(jù)模糊控制規(guī)則給出輸出，經(jīng)過模糊判決得到礎(chǔ)定量.模糊控制規(guī)則與模糊推理的一般形式是：ifXisAandYisB,thenZisCifXisA*andYisB*,thenZis?4、解模糖化解模糊化就是將?；捦评淼玫降哪：孔儞Q為用于實(shí)際控制的精確量的過程卩兔它包含兩部分的內(nèi)容：1）通過螢心法等解模糊化的方法將模糊的控制量變換成表示在論域范圍的精確量；2）將表示在論域范圍的精礎(chǔ)雖經(jīng)尺度變換成實(shí)際的控制最.蛆8單圓盤銅澆鑄稱賣控制系統(tǒng)（1）定量澆鑄裝置組成M18銅澆鑄稱重控制系統(tǒng)組成圖33和結(jié)構(gòu)示意圖34M18K盤輛淡

6、鑄機(jī)散重系統(tǒng)紐成澆鈴包機(jī)構(gòu)支架浚壓缸機(jī)構(gòu)支架|圖34澆伶栽工圖（2）工作過程：工作過程示意圖35所示上一肢凌壓伍活參軒廳m澆修包傾針,開抬澆伶豪壓缸渚塞桿澆伶包X俚田35工作過租示意岳$18單圓盤鋼澆銹稱重澆鑄過程的速度控制澆鑄過程中澆鑄速度的控制是依據(jù)參考文獻(xiàn)上預(yù)先設(shè)計(jì)的澆鑄曲線由計(jì)算機(jī)自動控制。當(dāng)澆鑄包的整體重童發(fā)生變化時(shí)，安裝在澆鑄包下電子稱重系統(tǒng)中的壓力傳感器將重量變化的動態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電信號，經(jīng)過A/D裝換裝置傳輸?shù)轿C(jī)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序進(jìn)行處理，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器來控制電磁閥，使得液壓缸按照工藝控制要求完成推進(jìn)或復(fù)位，從而完成澆鑄工作。簡單來說就是先經(jīng)過稱重裝置測

7、量出澆鑄包內(nèi)銅液體的重量值，將該值輸入到計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)的輸出量經(jīng)過變化和放大后來控制液壓比例閥的液壓缸的升降包置。從而控制澆鑄包的傾斜角度，使得流出澆鑄包的權(quán)體流岀速度過程分為如表3-1所示的幾個(gè)階段。表3-）M18單圓盤銅澆鑄稱重決轉(zhuǎn)速皮分段表澆鈴階段B6B1B2B3B4B5中間包狀態(tài)補(bǔ)龍銅水復(fù)位收包段預(yù)備段（快IIIIIIIV克伶包狀態(tài)（復(fù)位）頂）(O)(M)（慢頂）（慢頂）跨折點(diǎn)重量W6W1W2W3W4W5澆鑄包在澆鑄的過程中，澆鑄包的動作速度分為快送起動澆鑄包-慢速澆鑄快速澆鑄慢速澆弟恒速澆鑄快速吹起澆鑄包I嘰澆鑄過程的狀態(tài)曲線見圖3-6所示。每一個(gè)澆鑄段內(nèi)，計(jì)算機(jī)會將澆鑄前后的澆鑄包

8、的篁呈求差值，從而得出實(shí)際的澆鑄重墩.當(dāng)一次澆鑄周期開始時(shí)，將相鄰的上周期給定陽極板重與實(shí)際決鑄的板重差值，用作當(dāng)前周期控制重量的修正值，這樣在很人程度上降低了夕、界因素對系統(tǒng)的干擾.影響銅液流量的因素很多，比如傳囤器的精度、系統(tǒng)的響應(yīng)速度及中間包傾倒的沖擊力等變化均能影響稱重的精度I弘珂,所以用模糊控制來控制稱重澆鑄過甩.G20v1一何服閥電就G1滌鑄包總童走G2鑄模中柯液重量圖34澆鑄狀態(tài)曲錢3.3M18單圓盤銅澆鑄稱重的模糊控制實(shí)現(xiàn)M18澆鑄稱的定呈設(shè)定值為260Kg,允許的最大誤差為=1%,即±2.6Kg。M18單圓盤銅澆鑄控制系統(tǒng)的關(guān)鍵就是它的單向性.指的是下落到鑄模的銅水

9、不能返回到澆鑄包，這就要求在控制過程中不能產(chǎn)生超調(diào)。所以，理論上，稱最值的偏差E為0260Kg,在工藝上要求的稱量時(shí)間在10秒以內(nèi)。1、對輸入量進(jìn)行尺度變換，變換到相應(yīng)的論域范國在M18單圓盤銅定量澆鑄工藝要求中，期望當(dāng)檢測到得重量偏差£較大時(shí),置于澆鑄包下的液壓比例閥開啟的程度大些，可以加快銅水的澆鑄速度，還可以保證稱量時(shí)間；當(dāng)偏差小到某值后，使控制雖"隨著1SS差£和偏筮變化率£C的減小X減小，最后趨nJ±0,以滿足稱量梢度戊均.因此經(jīng)過綜合比較后我忙決定只對偏差較小的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行非均勻的鼠化。所以確定在偏差小于100Kg以后再進(jìn)行澆鑄包傾斜

10、速度的控制，大于120KgZ前采用比例控制較容易實(shí)現(xiàn)，下文僅論述變速模糊控制部分。系統(tǒng)雨址偏差定義為E*；爐孑為設(shè)定值，假設(shè)模期集合中誤差E、誤差變化EC、輸出控制量的論域選取均為0,+1,+2,+3,+4,+5,%系統(tǒng)重量偏差的尺度變換如表32重量偏差變化率的尺度變換如表33,轍出量U的尺度變換如表34。尺度變換將實(shí)際最變換到論城范圍【殉.表3-21量偏瓷£的尺度変換童化表論域E0123456實(shí)tf(Kg)論域EC0123456«交化(Kg/S)4102030404070友34絵出童1/的尺度變換走化表論城U0123456實(shí)際量(V)00.41247102. 輸入輸出雖的

11、模糊化M18澆鑄包稱重系統(tǒng)將重量偏差£、偏差變化EC、控制雖U的論域定成0,6,在論域上定義了7個(gè)模糊集合，分別是乙VS,S,MS,M,ML和L,具依含義見表3-5所示。表35M18瑩刃盤銅澆鈴機(jī)洗鑄科重系統(tǒng)模糊子集字母含義取位葉應(yīng)表字母含義字母含義取值Z0附近M中4附近VS異借小1附近MB中大5附近S小2附近B大6對近MS中小3附近隸屬度函數(shù)釆用三角形，重量偏差以偏差變化EC、控制fitI；模糊集合卩"如圖3738,39所示模桃量E,EC,的隸屬函數(shù)如表34所示農(nóng)3-6模糊走E/EC/U的隸居話數(shù)模糊控制規(guī)則庫0123456Z10.400000vs0.410.40000s

12、00.410.4000MS000.410.400M0000.410.40ML00000.410.4L000000.4I表3-7是M18單災(zāi)盤銅澆拓機(jī)澆鑄秤重系統(tǒng)采用的模糊控制規(guī)則$1371.由模務(wù)條件語句來表現(xiàn).長37?？乱?guī)則表zvssMSMMBBzzvsMSMBBBvszvsMSMMBBBszvssMSMMBBMSzvssMSMMBMBMzvsvsSMSMBMBMBzvsvsSMSMSMBzvsvsvsSMSM3. 模糊推理模桂推理首先編制好模梶控制表.然后將該農(nóng)保存到PLC中厲也1.在實(shí)際控制時(shí)，把處理過的脈沖數(shù)量化到語言變量的論域中根據(jù)址化的結(jié)果査表求出控制雖，這樣就可以有效提離控制的實(shí)時(shí)性，將重量偏差£、偏差變化率EC和控制馥1/按照圖310圖3-11所示進(jìn)行模勵(lì)化，根據(jù)Mandani模糊推理方法，if£=4and£C=Bythen（7=Cv,則有49模糊關(guān)系加鳥心模糊關(guān)系R益R"5、解模期化采用加權(quán)平均法的艇模觀化方法【弘切，其計(jì)算公式為：八&#