烟支重量控制系统的模糊PID控制器设计

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1、2010年2月第27卷第1期沈阳航空工业学院学报JournalofShenyangInstituteofAeronauticalEngineeringFeb．2010V01．27No．1文章编号：1007—1385(2010)01—0036—03烟支重量控制系统的模糊PID控制器设计赵钟立(山西昆明烟草有限责任公司，山西太原030012)摘要：针对传统的烟支重量控制系统响应速度慢、重量偏差大等问题，提出了烟支平均重量的模糊PID控制算法，给出了该算法的详细描述，控制器用平均重量的偏差和变化率来维持一个恒定的输出烟支重量。仿真结果表明，该控制系统具有调整时间短、稳态误差小、超调量小，采用

2、模糊PID控制器比采用传统的PID控制器可以得到更好的动态响应性能和控制精度。关键词：烟支；重量控制；模糊控制；PID控制器中图分类号：TS432文献标识码：A卷烟设备是现代烟草加工业的主要技术装备，烟支重量控制系统作为提高烟支重量，降低消耗的主要技术手段，正在卷烟设备上应用并逐渐发展起来。随着新技术、新材料的问世，卷烟机设备的控制、检测、监控方面在不断地改进，烟支重量的检测手段也在改进。烟支重量的控制手段先后经历了液压控制、模拟电路板控制、单片机控制⋯及PLC控制旧1等阶段。烟支重量控制是卷烟机控制系统的重点和难点，烟支重量偏差过大时不但直接影响烟支的多项质量指标如外观、透气性、吸阻

3、、空头等，而且会造成废品过多、甚至引起停机¨J。如果能够将烟支重量稳定地控制在一个理想的范围内，不但可以确保烟支质量，而且仅节约烟丝一项就能为烟厂创造巨大的经济效益，因此烟支重量一直是烟厂最重视的指标。卷烟控制系统主要采用闭环反馈自动控制方式，完成卷烟重量的自动控制。高速卷烟生产过程中烟支重量的识别及控制，是整个高速卷烟机实时控制过程中最为复杂、技术含量最高的环节。本文通过对已有的重量控制系统的对比分析和理论上的研究，提出了对烟支重量等环节采用先进的模糊控制方法，将卷烟平均重量测控系统推向新的高度。1烟支重量控制系统描述烟支重量控制系统用于将烟支重量控制在设定的目标重量的允许偏差范围之

4、内。本系统采用收稿日期：2009一10—29作者简介：赵钟立(1961一)，男，北京人，助理工程师，主要研究方向：卷烟生产的过程控制，E—mail：zhaozhongl@sxky．cn。双闭环控制，控制系统框图如图1所示‘4I。位移传感器检测重量调节执行机构的实际位置，用作位置控制环的反馈信号。重量控制器通过对吸丝带分配一个新的目标位置完成对目标重量偏差的响应，位置控制器完成相应的重量校正。图1重量控制系统框图重量控制的目标是使烟支的目标重量或设定重量的偏差最小化，如果烟支的实际重量与目标重量不符，重量控制系统会计算出一个新的吸丝带位置。当线性位移传感器显示吸丝带已到达新的位置，就将开

5、始进行新的实际重量与目标重量的比较，通过对连续调整的吸丝带位置的预选，实现实际重量尽量接近目标重量的目的，这一点做的越成功，标准偏差就越小。其前提条件是烟丝条越均匀越好，这取决于良好的烟丝加工，同时也依赖于供丝机功能。例如实际重量大于目标重量，必须减少烟条的烟丝填充量。通过控制伺服电机的转向使得吸丝带向下移动，烟支中的烟丝量减少，如果目标重量的剩余偏差在允许范围之内，该控制过程结束，直到再次检测出超出允许范围的目标重量偏差。2烟支重量控制系统的模糊PID控制器的设计在烟支重量控制系中，烟支的重量是主要的第1期赵钟立：烟支重量控制系统的模糊PID控制器设计37控制对象，控制的好就可以显著

6、的提高香烟的吸阻、透气度等品质。烟支在生产过程中，由于多种因素的影响，吸附在吸丝带上的烟丝往往堆积不均匀，出现高低不平的凸凹状，这样的烟丝束如果直接进入烟枪进行卷制，成品烟就会出现重量偏差，烟丝填充不均匀，造成竹节烟，直接影响烟支质量"J。所以要想建立烟支重量变化的精确数学模型是很困难的。因此可采用模糊控制解决。2．1模糊推理系统的建立烟支重量控制系统的控制目的是设计具有良好动态性能的控制器，以使得目标重量与设定重量之间的标准偏差越小越好。在卷烟平均重量集散微机测控系统中，采用了先进的模糊PID参数自整定控制器作为卷J娴平均重量控制器，该控制器的设计使得烟支重量控制系统在响应快、超调小

7、、对参数变化不敏感等方面均优于传统控制系统的控制效果。选取基本模糊控制器的输入语言变量为烟支重量偏差we、烟支重量偏差变化率wed。模糊PID控制器是以将烟支重量控制在最佳重量为目标，并在线调整PID参数进而由标准PID控制器输出控制信号，设计的关键就是找出PID的三个参数与误差we和误差变化率wed之间的模糊关系，即建立模糊推理系统。将传感器测得的精确烟支重量在各自的变化区间上分为几个档次，使每档对应一个模糊集。我们设定烟支重量变化范围一3～