模糊控制技术在烟丝配比控制系统中应用

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1、模糊控制技术在烟丝配比控制系统中应用关键词：自动配料核子皮带秤模糊控制串级控制控制精度摘要：在卷烟厂核子皮带秤自动配料应用中，电控系统大都采用单一PID控制方案，控制精度较低，批次间控制精度波动大。通过对各种影响因素的分析，提出了在传统PID控制的基础上引入模糊控制，形成模糊-PID串级控制，改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量，使五丝配比总体控制精度由2.5%提高到0.5%o核子皮带秤由于其结构简单，运行稳定，易维护，精度高等特点，广泛应用于烟草制丝生产线，在五丝（叶丝、薄片丝、梗丝、膨胀丝、碎丝）配比应用中，以一台称为主称,其它称为从称，从称根据工艺要求的配比比例

2、，实时跟踪主称，完成物料的自动配比控制。其控制方案通常采用常规的PID控制算法，对于固定参数的系统有着较好的调节品质。但在实际应用中，核子皮带秤自动配料系统的控制准确度会受到多个因素的影响，如：物料物理特性、不同规格产品搀配比例大小、系统多环节传递滞后效应、机械震动、给料设备安装准确度、料仓结构形状等，由于这些干扰因素的存在,往往导致控制结果不够理想，偏差较大，总体精度低。要消除系统多种干扰，必须引入新的控制思想。1总体控制方案设计1.1烟丝配比系统概述在五丝配比集控系统中，每台称利用编码器测速，变频器调速，核子电离管采集重量信号，所有的计量和控制全部由一台PLC完成。以

3、其中的梗丝配比为例，以叶丝流量Qnl作为主秤流量，当输入梗丝配比流量Qnp2=K2XQnl（k2为梗丝配比系数），Qnp2与来自梗丝秤的实时流量Qn2比较得到误差△Qn2=Qnp2-Qn2,通过PID控制器调节变频器改变梗丝秤带速，从而使Qn2实时地与Qnp2保持一致，达到配比控制的目的。薄片丝、膨胀烟丝以及碎丝的配比控制过程与梗丝相同。各个配比通道独立且协调地工作，从而实现整个配比集控系统的功能。1.2新控制方案设计根据烟丝配比系统的特点，确定新的控制方案为：在原有PID架构的基础上引入模糊控制，形成串级控制，以原PID控制器为副控制器调节流量，保证实时流量与主称随动，

4、以模糊控制器为主控制器调节比例系数，克服副控制器消除不了的误差，保证总体控制精度。系统控制框图如图1。该控制方案的优点：PID调节器控制实时流量，若实时流量控制理想，外界无干扰，控制精度满足工艺要求，模糊控制器经模糊判断，不进行偏差调节，否则，无论是由PID调节累计形成的误差，还是其它干扰引起的总体精度超标，只要经模糊判断总体控制精度超差，模糊控制器就会给出相应的对策以减小误差，达到提高控制精度的目的。图1系统控制框图副调节器沿用原有PID控制，下面就模糊控制方案的实施进行分析。2模糊控制方案设计2.1模糊控制器设计由于模糊控制器的控制规则是根据专家和操作人员的控制经验取

5、得的，模糊控制器的作用就是模仿人工控制，而用人工控制某一生产过程时，一般操作人员只能观察到被控对象的输出变量的变化率，或者观察到输出变量和输出变量的总和这两个状态，再凭借经验，就可以对其生产过程进行控制。在此采用二维控制模型，选取偏差值以及偏差变化率作为输入变量，而把控制量作为模糊控制器的输出变量，确定二维模糊控制器的基本结构，如图2所示。X：系统的设定值，是精确量e、c：系统偏差与偏差变化率，均是精确量E、C：经模糊量化处理后，偏差与偏差变化率对应的模糊量U：模糊量的控制作用u：精确量的控制作用针对本烟丝配比系统，在保留原有PID控制的前提下，以梗丝称为例，模糊控制变量

6、应这样选择：以理论梗丝累计量Wn2=k2XWl和实际梗丝累计量W2差值e=Wn2-W2为偏差,以e变化率c为另一输入，以工艺要求控制精度5上下限所确定的k2变化范围k21=k2X(1±8)为控制量输出，同时k21取代原PID控制器k2,作为副调节器给定流量的比例因子。2.2模糊化根据模糊控制原理，本系统选取七个模糊子集来描述烟丝累积量偏差e,偏差变化率c和输出控制量u,七个模糊子集为：“负大”、“负中”、“负小”、“零”、“正小”、“正中”、“正大”，分别用英文字母音NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB表示，这样能满足模糊集论域中所含的元素个数为模糊语言词集总数的两倍

7、以上，避免出现失控现象。2.3建立模糊控制规则本系统中，累计量偏差E,偏差变化率C,控制量U的变量为：{NB,NM,NS,NO,PO,PS,PM,PB},分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中和正大。根据实际生产中积累的烟丝配比操作经验，总结出如下控制规则：首先考虑误差为负的情况，当误差为负大的时候，若当误差变化为负，这时误差有增大的趋势，为尽快消除已有的负大误差并抑制误差变大，所以控制量的变化取正大。当误差为负而误差变化为正时，系统本身己有减少误差的趋势，所以为尽快消除误差且又不超调，应取较小的控制量。若误差变化为正大或正