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| 基于模糊控制的粉體自動(dòng)配料系統(tǒng)生產(chǎn)線 | 2020-03-06 |
| 在粉體生產(chǎn)過(guò)程控制配料系統(tǒng)中大量采用電子皮帶秤來(lái)計(jì)量和控制物料下料量。由于物料成分及形狀多種多樣、粉體生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣等原因，皮帶秤具有非線性、慣性、滯后性和隨機(jī)性等缺點(diǎn)，在實(shí)際控制應(yīng)用中，很難建立其精確的數(shù)學(xué)模型，用傳統(tǒng)的PID控制方法不能很好地解決這些問(wèn)題。而以語(yǔ)言規(guī)則模型為基礎(chǔ)的模糊控制理論卻是解決上述問(wèn)題的有效途徑和方法。采用工控機(jī)和牛頓7000系列模塊對(duì)配料系統(tǒng)進(jìn)行整體控制，在此基礎(chǔ)上，引入模糊控制策略對(duì)各種配比成分進(jìn)行控制，實(shí)踐證明控制效果非常理想。對(duì)粉體生產(chǎn)的質(zhì)量提供了可靠保證，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 1物料計(jì)量和控制方法 確保粉體質(zhì)量的關(guān)鍵是物料嚴(yán)格按配比配料，而各物料的配比量來(lái)自皮帶秤的稱料量，皮帶秤的計(jì)量是否準(zhǔn)確就成了影響粉體質(zhì)量的關(guān)鍵因素。 常見的計(jì)量方式為流量計(jì)算，即對(duì)稱重傳感器信號(hào)和皮帶運(yùn)行速度的乘積進(jìn)行積分，這種方式計(jì)算工作量大、流量控制復(fù)雜、穩(wěn)定性差，并且皮帶秤的標(biāo)定很麻煩，需要大物料的實(shí)物標(biāo)定，且誤差大。 在反復(fù)試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，采用了一種準(zhǔn)靜態(tài)直接稱重法，設(shè)A點(diǎn)為下料點(diǎn)，B點(diǎn)為出料點(diǎn)，從A點(diǎn)到B點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間為皮帶的周期T(一般10s左右，為已知量并且預(yù)先設(shè)置)，物料流量的積分時(shí)間為T，傳感器信號(hào)直接對(duì)應(yīng)每一秤物料的重量，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)算簡(jiǎn)單方便，而且標(biāo)定時(shí)只需掛碼靜態(tài)標(biāo)定，而非繁瑣復(fù)雜的實(shí)際大物料(幾噸至幾十噸)動(dòng)態(tài)流量標(biāo)定。 稱重配料系統(tǒng)采用調(diào)速皮帶秤計(jì)量控制方式設(shè)定下料周期T，實(shí)現(xiàn)了無(wú)偏差控制。 2自動(dòng)配料系統(tǒng)構(gòu)成 粉體廠環(huán)境惡劣(高粉塵、噪音、高溫、高電磁干擾等)，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，選用了牛頓7000系列遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)模塊和工業(yè)計(jì)算機(jī)來(lái)完成。配料系統(tǒng)構(gòu)成如圖2。牛頓7000系列模塊采用RS485方式通訊，配料系統(tǒng)只需用一條雙絞線即可聯(lián)結(jié)，其具有的高通信速率、高采樣分辨率、智能化、光電隔離、強(qiáng)抗干擾和雙看門狗設(shè)計(jì)，使配料系統(tǒng)可靠性高，數(shù)據(jù)高速I/O成為可能，軟件開發(fā)也比較容易。而且主機(jī)使用RS232通訊口與網(wǎng)絡(luò)連接，基本上任何一臺(tái)有RS232的計(jì)算機(jī)都可使用此網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備互換性好，維護(hù)人員的工作難度和工作量也很小。 3模糊稱重配料系統(tǒng) 配料系統(tǒng)在控制過(guò)程中，如果偏差沒(méi)有糾正(補(bǔ)償)，將導(dǎo)致配比失衡，出現(xiàn)大量的廢料，造成損失。為保證配料系統(tǒng)的及良好的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，配料系統(tǒng)中將誤差的積分量和微分量作為模糊控制器的輸入。模糊控制器的輸出為控制值的修正量Δu，由給定計(jì)算出的直接控制量為u，u+Δu經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換輸出控制下料器。 選取不同的量化因子將偏差積分量、偏差微分量離散化，模糊集的論域?yàn)閧-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}。其模糊子集e={NB，BM，BS，ZO，PS，PM，PB}。采用式(2)來(lái)分別擬合模糊集合的隸屬度。 配料模糊控制器的輸入變量為偏差積分ei和偏差微分ed，輸出變量為u，其相應(yīng)的語(yǔ)言變量為Ei、Ed、U，在專家知識(shí)和手動(dòng)操作經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立模糊控制規(guī)則(如表1)存放于知識(shí)庫(kù)中，在模糊推理時(shí)為推理機(jī)提供控制規(guī)則。 由于被控對(duì)象只能接收一個(gè)精確的數(shù)字控制量，無(wú)法接收模糊控制量，必須經(jīng)過(guò)清晰化(信號(hào)的濾波調(diào)理)接口，將模糊量u轉(zhuǎn)換成精確量u*，精確量u*乘以比例因子ku，再經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換輸出下料控制器。 4模糊稱重配料系統(tǒng)仿真 利用Matlab中的fuzzy工具箱和Simulink工具箱對(duì)該模糊控制配料系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，配料模糊控制仿真模型。發(fā)生器模擬產(chǎn)生下料偏差，本例中模擬產(chǎn)生正弦波動(dòng)的誤差。 調(diào)整模糊論域中每個(gè)元素的隸屬函數(shù)(式2)的d值，考慮到下料量波動(dòng)的隨機(jī)性，為得到良好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)，元素0處的分辨率取低，元素6處分辨率取高。按照表1所列控制規(guī)則，利用Matlab/Toolboxs/Fuzzylogic/FIS計(jì)算出控制量查詢表，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整量化因子和比例因子，可以得到下料模糊控制仿真曲線，從仿真結(jié)果可以看出：采用模糊控制方式，配料系統(tǒng)能快速補(bǔ)償上一控制周期所產(chǎn)生的偏差。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，也驗(yàn)證配料系統(tǒng)超調(diào)量小、魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)。 針對(duì)自動(dòng)配料系統(tǒng)粉體生產(chǎn)線采用準(zhǔn)靜態(tài)計(jì)量方式及模糊控制策略，取得良好的控制效果，大大提高了粉體生產(chǎn)質(zhì)量，增加了產(chǎn)量，降低能耗，同時(shí)還減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了粉體生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)管理水平。配料系統(tǒng)具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，以及較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。 | |
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