基于Ｐ ＬＣ模糊控制自动配料系统研究 王祖麟周立成 （江西理工大学机电学院，江西赣州 ３４１０００） 摘要：针对砖瓦、水泥生产等行业的自动精确配料的问题．提出一种基于ＰＬＣ控制，算法采用模糊控制方 法，设计一种在误差、误差变化率范围内的模糊控制器。研究结果表明。采用模糊控制系统比传统ＰＩＤ调 节器输出响应快、无超调等优点。能够很好地解决自动精确配料的问题，而且相对于自带ＰＩＤ调节的控 制器成本要低很多．从而产生了较高的经济效益 关键词：ＰＬＣ：模糊ＰＩＤ控制：自动配料 中图分类号：ＴＵ５２２．０５文献标识码：Ａ文章编号：１００１—６９４５（２０１１）Ｏ４—００２０—０２ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ａｕｔｏ－ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＰＬＣ ＷＡＮＧＺｕ‘＿ｌｉｎ ＺＨＯＵＬｉ－。ｃｈｅｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ａｕｔｏ—ｐｒｏｐｏｎｉ０ｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＰＬＣ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ． Ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＰＩＤ ｃｏｎ－ ｔｒｏｌｌｅｒ，ａｎｄ ｃａｎ ｑｕｉｃｋｌｙ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｌｏｗｅｒ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔｓ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ，ｆｕｚｚｙ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｕｔｏ—ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｉｎｇ １ 引言 ２砖瓦配料自动控制系统 自动配料系统是砖瓦生产工艺过程中一道非常 下图为砖瓦配料控制系统．砖瓦生产原料视当地 重要的工序．配料工序质量对整个产品的质量都非 常重要 以往的配料系统多采用简单的称量计算和 ＰＩＤ调节．控制准确度比较低，管理上面不方便。可 靠性也不高 自动配料控制过程是一个多输入、多输 出系统．各条配料输送生产线严格地协制．对 料位、流量及时准确地进行监测和调节。在工业控制 原料而定，一般有页岩、煤矸石等原料，按情况分配料 斗数目，根据数目设定电子皮带秤配料线组成。 料斗 中．ＰＬＣ的应用极其广泛．如果把模糊控制技术与 ＰＬＣ结合起来．应用ＰＬＣ来实现模糊控制．不仅实现 了精确配料而且会大大降低生产成本。系统由可编 程控制器与电子皮带秤组成一个两级计算机控制网 络，通过现场总线连接现场仪器仪表、控制计算机、 ＰＬＣ等智能程度较高、处理速度快的设备。在自动配 料生产工艺过程中．将主料与辅料按一定比例配合． 由电子皮带秤完成对皮带输送机输送的物料进行计 图１ 砖瓦配料控制系统 量。ＰＬＣ主要承担对输送设备、称量过程进行实时模 糊控制 自动配料系统加电后，皮带驱动电机开始旋转， 微处理机根据当前操作控制电机转速。料斗中的物料 ２０ ｗｗｗ．ｂｒｉｃｋ－ｔｉｌｅ．ｃｏｒｎ 落在落料区，经皮带运送到达称重区．由电子皮带秤 对皮带上的物料进行称重 称重传感器根据所受力的 自适应调整，以满足不同ｅ和ｅｃ时对控制参数的要求 该系统实现自调整ＰＩＤ参数的计算公式如下： ｋｐ＝ｋ ｐ＋Ａｋｐ ｋｉ＝ｋ ｉ＋△ｋｉ ｋｄ＝ｋ ｄ＋Ａｋｄ 大小输出一个电压信号．经变送器放大．输出一个正 比于物料重量的计量电频信号 该信号送至上位机的 接口．经采样后并转换成一个流量信号．在上位机上 式中ｋ Ｐ、ｋ ｉ、ｋ ｄ—ＰＩＤ参数的初始值，Ａｋｐ、Ａｋｉ、 △ｋｄ为模糊控制器的输出ｋｐ、ｋｉ、ｋｄ为最终输出的 显示当前流量值 同时将此流量信号送至ＰＬＣ接口， ＰＬＣ根据误差ｅ和差变化率ｅｅ进行模糊推理．经反模 控制参数值 ４软件实现 糊化输出给变频器．以此来改变变频器的输出值。从 而改变驱动电动机的转速 调整给定量．使之与设定 当系统开始工作时。启动配料生产线 首先系统 程序进行初始化．通过上位机或触摸屏设置配料配 比，检查料斗有无物料。若无物料．向料斗送料．启动 配料生产线．由电子皮带秤进行称重并实时计量．ＣＰＵ 值相等．完成自动配料过程 ３模糊ＰＩＤ控制 ＰＩＤ控制是最常用的经典控制方法．控制作用Ｕ 由偏差ｅ的比例、积分、微分三项之和给出．ｕ（ｔ）＝ 。 计算得实时流量及累计流量 若设定流量与实际流量 有偏差．调节器根据系统控制要求比较设定值与实际 流量的偏差．经ＰＩＤ调节改变输出信号以控制变频器 对输送电机的速度调节．从而实现恒流量控制 根据 ＩＬ 。（ｔ）＋｝ｆ』 。（ｔ）ｄ（ｔ）＋互 ｌ如果控制中的只包括 ｉ ”ｔｉｔ ｊ 比例和积分两项．则为ＰＩ控制．如果控制中只包括比 例微分两项，则为ＰＤ控制 控制中的比例增益Ｋｐ、积 分增益Ｋｉ和微分增益Ｋｄ均为常数．一旦控制设计好 配比各辅料同时混合计量，并按配方工艺要求添加 系统主程序控制流程如图３所示。 以后．在控制中不在改变．因此ＰＩＤ控制属于线性定 常控制。 砖瓦配料控制系统主要是控制物料重量恒定、物 料的重量与料斗的流量、物料的重量、皮带的转速有 关．配料系统具有非线性的特定．采用经典ＰＩＤ控制 无法达到满意的控制效果 崮围由 围 模糊控制对于这些经典控制理论所不能解决的 非线性、时变的系统而言，具有它的优越性 但模糊控 制对于静态性能相对较差 经典ＰＩＤ控制可以保证控 制精度．消除静态误差 因此采用模糊控制与ＰＩＤ控 制相结合．就能够使控制系统的性能得到较大的改善 ５ 结束语 图３困甲 软件的实现流程 由于经典ＰＩＤ调节器参数一旦设定就保持不变． 属于线性定常控制．因而不能满足配料这种非线性特 定，而模糊控制又有难以解决静态误差的缺陷．但两 者结合后的模糊ＰＩＤ调节器可以实时调整参数．确保 配料过程的精确．并为投入实际生产提供了理论依 据。 参考文献： ［１】 张乃尧，阎平凡．神经网络与模糊控制【Ｍ１．北京：清 华大学出版社．１９９６（５）． ［２】 胡寿松．自动控制原理【ＭＪ．北京：科技出版社．２０００（６）． 【３］ 诸静．模糊控制理论与系统原理［Ｍ］．北京：机械工 图２模糊ＰＩＤ控制结构图 业出版社．２００５． 由图可见该系统由常规ＰＩＤ控制和模糊推理控制 『４１ 郭起宏，张显明．自动配煤控制系统的研究与设计 两部分组成，以偏差ｅ和偏差变化率ｅｅ（ｄｅ／ｄｔ）作为模 糊控制器的输入．根据模糊控制规则对ＰＩＤ参数进行 『ｌ１＿自动化仪表．１９９８． 收稿日期：２０１１－０３－１４ Ｕ，＇ＩＪＹｌ￣．ｂｒ／ｃ 一 ｌｅ．ｃＤ，，ｌ ２１
