【正文】 控制效果 水泥磨在應(yīng)用了模糊自適應(yīng)控制改造方案后，試運(yùn)行階段效果顯著，不僅使水泥的配料精度大大增加，提高了水泥的質(zhì)南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 48 量，而且使“空磨”和“飽磨”現(xiàn)象的發(fā)生減少了許多，這樣便降低了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，降低了水泥的生產(chǎn) 成本，使水泥的產(chǎn)量達(dá)到了一個(gè)新的水平。 2. 高精度 Fuzzy 控制器從理論上可以完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。 為了進(jìn)一步提高精度，需要再進(jìn)行一次迭代判斷，計(jì)算出控制作用 u 的修正量 u? 。 高精度 Fuzzy 控制器的設(shè)計(jì) 基于 Fuzzy 控制器相當(dāng)于一種具有 PD 控制規(guī)律的控制器，由于其缺少積分作用，有時(shí)往往存在較大的穩(wěn)態(tài)誤差，甚至其輸出在設(shè)定點(diǎn)附近出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，故不易 滿足其在控制精度方面的要求。 模糊控制器的控制對(duì)象是皮帶秤，通過(guò)控制變頻器的頻率輸出來(lái)調(diào)節(jié)給料系統(tǒng)皮帶秤的電機(jī)，這樣便達(dá)到了控制入磨物料流量的目的。同時(shí)由于磨內(nèi)填充量 F 增大，由磨音聲強(qiáng)與 F 的關(guān)系曲線可以看到，電耳傳回的信號(hào)會(huì)減弱，而由以上公式還可以得到，粗粉回磨流量G 也會(huì)隨 A 增大而增大，因此，影響水泥磨填充量的主要原因其實(shí)就是給料系統(tǒng)皮帶秤的電機(jī)轉(zhuǎn)速，其它因素影響很小，可南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 46 忽略。為了保證水泥磨能生產(chǎn)出高質(zhì)量的水泥，我們對(duì)水泥磨的控制綜合運(yùn)用了以上三種方法，這在國(guó)內(nèi)外也是較少用到的，我們將在后面看到其控制效果。 控制思想 在水泥粉磨生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)生產(chǎn)控制要求，磨尾提升機(jī)功率是一個(gè)重要的參數(shù)，一般的水泥粉磨控制都是引用此參數(shù)。當(dāng)磨機(jī)內(nèi)的填充量較大而出磨水泥流量大時(shí)，提升機(jī)的功南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 45 率相應(yīng)就會(huì)加大，反之就會(huì)減小，而且這種關(guān)系比較穩(wěn)定。 我們所用的檢測(cè)粗粉回粉量的設(shè)備是大連三協(xié)引進(jìn)日本三協(xié)技術(shù)生產(chǎn)的 ILE61 型沖板式散狀固體流量計(jì)，其測(cè)量范圍是030 噸 /小時(shí)。一般情況下，一臺(tái)磨機(jī)的出磨粉末中細(xì)粉和粗粉的比例是一定的，因此粗粉回粉量的大小間接反映了磨機(jī)填充量的大小，所以可以利用粗粉回粉量來(lái)控制磨機(jī)的負(fù)荷。 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 44 我們選用的檢測(cè)磨音信號(hào)的設(shè)備是唐山生產(chǎn)的 MDEA 型磨音測(cè)量?jī)x（俗稱電耳）。另外，每臺(tái)磨機(jī)在相同測(cè)定條件下，都有自己的特征頻率，在該頻率上的聲強(qiáng)隨磨內(nèi)填充量變化最明顯，因此對(duì)不同的磨機(jī)都應(yīng)預(yù)先進(jìn)行頻譜分析，確定出對(duì)磨內(nèi)填充量反應(yīng)最靈敏的特征頻率；背景噪音對(duì)磨音頻率的低頻段有明顯的影響，頻率越高影響越小，因此為了抑制鄰近磨機(jī)的干擾，宜選用較高頻率的聲強(qiáng)作為反映磨機(jī)負(fù)荷的信號(hào)。這些參數(shù)有： （ 1） 磨音 磨音信號(hào)是反映磨內(nèi)填充量最迅速的參數(shù)，其聲強(qiáng)與填充量 F 近 似成反比關(guān)系，見(jiàn)圖 所示。上述各項(xiàng)因素都將使磨機(jī)負(fù)荷控制變得更加復(fù)雜與困難。一般，硬度與濕度變大， 時(shí)滯 ? 與時(shí)間常數(shù) T 的量值將增加。由于回磨粗粉特性與提升機(jī)功率特性相似，故常以回磨粗粉特性近似代替提升機(jī)功率特性。反映喂料流量變化的磨機(jī)階躍響應(yīng)曲線，如圖 所示。 從動(dòng)態(tài) 特性看，閉路循環(huán)磨機(jī)是一類具有大時(shí)滯、大慣性、慢時(shí)變的非線性被控對(duì)象，其喂料流量的變化，不可能引起出磨物料流量的瞬時(shí)反應(yīng)。這是因?yàn)樵跓o(wú)自動(dòng)控制條件下，當(dāng)填充量 F 一旦達(dá)到 FKR，由于特性M（ F）處在過(guò)極值點(diǎn) FKR隨著 F 增加 M 反倒減少的不穩(wěn)定區(qū)段，磨機(jī)填充量會(huì)隨時(shí)間的推移自動(dòng)增加，直到出現(xiàn)磨機(jī)完全堵塞為止。可見(jiàn)，最佳工作點(diǎn) F0 便是填充量 F 控制的期望值。從圖 42 可見(jiàn)，磨機(jī)產(chǎn)量特性 V（ F）存在極值點(diǎn) F0，當(dāng)磨內(nèi) F=F0 時(shí)，磨機(jī)產(chǎn)量 V 取極大值，因此 F0 代表最佳工作點(diǎn)。圖中， A， a(t)為入磨待粉磨物料流量； M， m(t)為出磨物料流量； G， g(t)為粗粉回磨流量； X， x(t)為入磨物料總流量；V， v(t)為合格精粉（細(xì)粉）流量； F 為磨內(nèi)填充量，其中大寫(xiě)字母與小寫(xiě)字母分別代表相應(yīng)流量的穩(wěn)態(tài)值與動(dòng)態(tài)值。 圖 水泥粉末過(guò)程原理示意圖 水泥粉磨過(guò)程原理示意圖如圖 所示。 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 當(dāng)筒體旋轉(zhuǎn)時(shí)，裝在筒體內(nèi)的研磨介質(zhì)在摩擦力和離心力作用下，隨著筒體旋轉(zhuǎn)而被提升到一定高度，然后按一定線速度拋落，從而產(chǎn)生對(duì)筒內(nèi)被粉磨物料的沖擊、磨削和擠壓，使其粉碎磨細(xì)。筒體有電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。 水泥粉磨過(guò)程工藝 水泥粉磨過(guò)程 在水泥粉磨過(guò)程中，粉磨的主體是磨機(jī)，大多采用球磨機(jī)。例如，丹麥?zhǔn)访芩构緸樗鄰S提供的生料磨、水泥磨自動(dòng)控制系統(tǒng)，德國(guó)伯力鳩斯公司研制的球磨機(jī)填充量電子控制裝置，日本三協(xié)電業(yè)株式會(huì)社生產(chǎn)的帶微處理機(jī)的自動(dòng)修正式磨機(jī) 控制裝置，我國(guó)合肥水泥研究院基于磨音、提升機(jī)功率和粗粉回粉量三個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)的磨機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)，就是這一時(shí)期國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)研制的具有代表意義的水泥粉磨負(fù)荷控制設(shè)備。因此，從節(jié)能角度出發(fā)，對(duì)水泥粉磨負(fù)荷由人工操作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，是提高水泥產(chǎn)量質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力以及取得良好經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。但就目前的理論探討和應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究中，合 成推理規(guī)則仍然是采用得最為普遍的一種模糊推理方法。實(shí)踐證明，許多采用不同點(diǎn)值模糊蘊(yùn)含算子所推導(dǎo)出的結(jié)果均落在基于區(qū)間值模糊集方法所推導(dǎo)出的結(jié)果中。而對(duì)模糊集給出它的一個(gè) 區(qū)間值隸屬度與前者相比，則要相對(duì)容易得多。 5. 采用區(qū)間值模糊集來(lái)處理模糊推理問(wèn)題。 4. 采用真值約束方法來(lái)實(shí)現(xiàn)模糊推理。 3. 采用可能性理論來(lái)處理模糊推理問(wèn)題， 該方法采用可能性 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 分布來(lái)描述語(yǔ)言變量等模糊概念。目前，國(guó)內(nèi)外許多人工智能學(xué)者和知識(shí)工程師都在研究和尋找在各種演繹推理形式下，什么樣的模 糊蘊(yùn)含算子和合成方法在不同的匹配事實(shí)情況下（例如 X is A’ ， X is very A’ , X is more or less A’ , X is not A’ ,X is not very A’ , X is not more or less A’ 等），都能推導(dǎo)出滿足我們的直覺(jué)要求的結(jié)果。它的基本思想是： 先求出規(guī)則“ IF X is A THEN Y is B”中 A 和 B 的確定關(guān)系，然后再 將這個(gè)關(guān)系（是一個(gè)二元關(guān)系）與觀察事實(shí)“ X is A’ ”中 的 A’ （為一元關(guān)系）進(jìn)行合成： A and B are R A’ B’ =A’ ? R 由于 A 和 B 的關(guān)系 R 可有多種不同的表示方法（即有多種不同的模糊蘊(yùn) 含算子），以及 A’ 和 R 之間的合成也可以采用不同的方法來(lái)計(jì)算，所以上式的 推導(dǎo)結(jié)果會(huì)有多種不同的形式。 幾種主要的模糊推理方法 目前，在模糊專家系統(tǒng)中，常用的主要模糊推理方法有如下 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 幾種： 1． 合成推理規(guī)則。iAx? ， )(39。例如，在模糊專 家系統(tǒng)中有如下規(guī)則： IF X is kA ， THEN Y is kB k=1， 2， ? ， n 其中 kA 和 kB 是語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值，它由屬于隸書(shū)函數(shù)的程度來(lái)表示： )(iA xk?和 )( jB yk? ]1,0[?， i=1,2,?,N, j=1,2,? ， M。在傳統(tǒng)專家系統(tǒng)中，觀察事實(shí)與規(guī)南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 則前件只允許精確匹配，不允許部分匹配，而在專家系統(tǒng)中則允許部分匹配，這就使得它與傳統(tǒng)邏輯系統(tǒng)有本質(zhì)的不同，即模糊邏輯可以提供一種近似和相似的推理機(jī)制，而前者僅提供了一種精確推理機(jī)制。 對(duì)基于知識(shí)系統(tǒng)的模糊推理而言，模糊邏輯提 供了一種統(tǒng)一的計(jì)算方法。 6) 謂詞修正詞，如“很”，“或多或少”，“相當(dāng)”。 4) 模糊概率，如“可能”，“不可能”，“不大可能”。 2) 模糊真值，如“相當(dāng)真”，“很真”，“幾乎是假的”。 對(duì)知識(shí)表示而言，由于使用了語(yǔ)言變量以及它的值由上下文相關(guān)的模糊集來(lái)定義，而模糊集的含義可用各種不同的隸屬函數(shù)來(lái)表示，這些隸屬函 數(shù)的值是由領(lǐng)域?qū)＜医o出的主觀判斷。 綜上所述，模糊控制算法可概括為下述四個(gè)步驟： 1. 根據(jù)本次采樣得到的系統(tǒng) 的輸出值，計(jì)算所選擇的系統(tǒng)的輸入變量； 2. 輸入變量的精確值變?yōu)槟：浚? 3. 根據(jù)輸入變量（模糊量）及模糊控制規(guī)則，按模糊推理合成規(guī)則計(jì)算控制量（模糊量） 4. 由上述得到的控制量（模糊量）計(jì)算精確的控制量。然后，中斷等待第二次采樣，進(jìn)行第二步控制??。 圖 模糊控制系統(tǒng)框圖 為了對(duì)被控對(duì)象施加精確的控制，還需要將模糊量 u 轉(zhuǎn)化為精確量，這一步驟在圖 32 框圖中稱為非模糊化處理（亦稱清晰化）。至此，得到了誤差 E 的模糊語(yǔ)言集合的一個(gè)子集 e（ e 實(shí)際上是一個(gè)模糊向量）。一般選誤差信號(hào) E 作為模糊控制器的一個(gè)輸入量。 模糊控制的基本原理 模糊控制的基本原理可由圖 32 表示 ，它的核心部分為模糊控制器，如圖中虛線框中部分所示。傳感器在模糊控制系統(tǒng)中占有十分重要的地位，它的精度往往直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的精度。 4） 傳感器：傳感器是將被控對(duì)象或各種過(guò)程的被控制量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（模擬的或數(shù)字的）的一類裝置。 3） 廣義對(duì)象：包括被控對(duì)象及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，被控對(duì)象可以是線性或非線性的、定常或時(shí)變的，也可以是單變量或多變量的、有時(shí)滯或無(wú)時(shí)滯的以及有強(qiáng)干擾的多種情況。 2）輸入 /輸出接口裝置：模糊控制器通過(guò)輸入 /輸出接口從被控對(duì)象獲取數(shù)字信號(hào)量，并將模糊控制器決策的輸出數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模變換，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制被控對(duì)象。因此，模糊控制系統(tǒng)的組成類同于一般的數(shù)字控制系統(tǒng)，其方框圖如圖 31 所示。于是，利用微機(jī)取代人可以對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制。人的手動(dòng)控制決策可以用語(yǔ)言加以描述，總結(jié)成一系列條件語(yǔ)句，南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 即控制規(guī)則。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)拇尜A、校正、歸納和選擇（處理）等過(guò)程而進(jìn)入效應(yīng)器官反作用于外部世界（輸出），同時(shí)也通過(guò)象運(yùn)動(dòng)傳感器末梢這類傳感器 再作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，將新接受的信息與原貯存的信息結(jié)合在一起，影響并指揮將來(lái)的行動(dòng)”。在這樣的事實(shí)面前，人們又重新研究和考慮人的控制行為有什么特點(diǎn)，能否對(duì)于無(wú)法構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的對(duì)象讓計(jì)算機(jī)模擬人的思維方式，進(jìn)行控制決策。這樣一來(lái)，對(duì)于這類對(duì)象或過(guò)程就 難以進(jìn)行自動(dòng)控制。還有為數(shù)眾多的爐類，如煉鋼爐的冶煉過(guò)程，退火爐溫控過(guò)程，工業(yè)鍋爐的燃燒過(guò)程等等。還有一些生產(chǎn)過(guò)程缺乏適當(dāng)?shù)臏y(cè)試手段，或者測(cè)試裝置不能進(jìn)入被測(cè)試區(qū)域，致使無(wú)法建立過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。然而，在許多情況下被控對(duì)象（或生產(chǎn)過(guò)程）的精確數(shù)學(xué)模型很難建立。基于狀態(tài)變量描述的現(xiàn)代控制理論對(duì)于解決線性和非線 性、定?；驎r(shí)變的多輸入多輸出系統(tǒng)問(wèn)題，獲得了廣泛的應(yīng)用，例如在阿波；羅登月艙的姿態(tài)控制、宇宙飛船和導(dǎo)彈的精密制導(dǎo)以及在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制等方面得到了成功的運(yùn)用。然而，經(jīng)典控制理論對(duì)于非線性時(shí)變系統(tǒng)難以奏效?？梢赃@樣說(shuō)，如果沒(méi)有模糊數(shù)學(xué)，就不會(huì)有模糊控制；同樣如 果沒(méi)有計(jì)算機(jī)，模糊自動(dòng)控制也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 模糊自動(dòng)控制是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量及模 糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制。比較典型的應(yīng)用有水加熱過(guò)程控制，機(jī)器人控制，交通控制，水泥窯控制，動(dòng)力系統(tǒng)核反應(yīng)控制。這樣就防止非法刪除或改寫(xiě)用戶程序。 6) 口令保護(hù) 多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其 技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。 S7200 操作系統(tǒng)自動(dòng)地處理數(shù)據(jù)的傳送。 4) 人機(jī)界面（ HMI） 方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在 S7200 操作系統(tǒng)內(nèi)，因此人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。 2) 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算 用此功能可以有效地實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù) 運(yùn)算。 功能 1. S7200 的大量功能支持和幫助用戶進(jìn)行編程、啟動(dòng)和維護(hù)。 6) 確定的安裝深度 所有的端子和連接器都在模塊上的凹 槽內(nèi)，并有端蓋保護(hù)，因此所有的模塊都有相同的安裝深度。 5) TOP 連接 采用一個(gè)帶螺釘或夾緊連接的 1 至 3 線系 統(tǒng)進(jìn)行預(yù)接線。在連接器上的編碼防止將已接線的連接器插到其他的模塊上。 3) 更換模塊簡(jiǎn)單并且不會(huì)弄錯(cuò) 更換模塊時(shí)，只需松開(kāi)安 裝螺釘。 1) DIN 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝 只需簡(jiǎn)單地將模塊鉤在 DIN 標(biāo)準(zhǔn) 的安裝導(dǎo)軌上，轉(zhuǎn)動(dòng)到位，然后用螺栓鎖緊。它既可作為 CPU，也可作為功能南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 模塊使用。 S7300 通過(guò)分布式的主機(jī)架（ CR）和三個(gè)擴(kuò)展機(jī)架（ ER），可以操作多達(dá) 32 個(gè)模塊，運(yùn)行時(shí)無(wú)需風(fēng)扇。 2. 根據(jù)用戶要求，還可以提供以下設(shè)備： 1) 負(fù)載電源模塊（ PS） 用于將 S7300 連接到 120/230 伏 交流電源，或 24/48/60/110 伏直流 電源。