【正文】 流量，是精確量。E，C經(jīng)模糊量化處理后偏差與偏差變化率的模糊量。u輸出控制的模糊量經(jīng)模糊判決后得到的精確控制量，控制被控對(duì)象。3. 3. 2模糊控制器的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) ，被控量為給料流量Fi，控制量為Ui，采用模糊PID控制器和傳統(tǒng)PID相結(jié)合，當(dāng)偏差較大時(shí)采用模糊控制，當(dāng)偏差減小到較小范圍時(shí)采用傳統(tǒng)PID控制方式。圖3. 3模糊PID控制器結(jié)構(gòu)圖 BangBang轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) Bang Bang轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)實(shí)際上是控制器中的軟件開(kāi)關(guān)，由它決定采用那種控制算法。，模糊控制系統(tǒng)通常由模糊控制器、輸入/輸出接口、被控對(duì)象給料機(jī)和測(cè)量裝置稱重儀表等四個(gè)部分組成。模糊控制系統(tǒng)的品質(zhì)在很大程度上取決于控制規(guī)則及隸屬度的確定，控制規(guī)則是其核心，一般用IF a THEN b的表達(dá)形式，條件a可以是多個(gè)條件邏輯積。在本設(shè)計(jì)中選擇模糊控制器輸入變量的個(gè)數(shù)是2，也就是模糊控制器的維數(shù)是2，所以是二維模糊控制器。與偏差變化率ec作為模糊控制器的2個(gè)輸入變量。系統(tǒng)在運(yùn)行中不斷檢測(cè)e和ec，通過(guò)查找查詢表來(lái)對(duì)3個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，以滿足不同。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：(1) 輸入輸出變量的模糊化系統(tǒng)中輸入變量的實(shí)際變化范圍稱為變量的基本論域輸入偏差e基本論域?yàn)閇e，e]量化論域?yàn)镋=[3,2,1,0,l,2,3]量化因子ke=3e若基本論域?yàn)閇a,b]，量化論域?yàn)镋=[3,2,1,0,1,2,3]，則離散化為X=23ba(x*a+b2)取整數(shù)，其中x∈E，x*∈[a,b]輸入偏差變化率ec基本論域?yàn)閇ec,ec]量化論域?yàn)镋C=[3,2,1,0,1,2,3]量化因子Kec=3ec若基本論域?yàn)閇c,d]，量化論域?yàn)镋C=[3,2,1,0,1,2,3]，則離散化為ｙ=23dc(ｙ*c+d2)取整數(shù)，其中ｙ∈EC，ｙ*∈[c,d]輸出KP基本論域?yàn)閇m,m]量化論域?yàn)镵P=[3,2,1,0,1,2,3]比例因子Kkp=m3若輸出Kp基本論域?yàn)閇m,n]量化論域KP=[3,2,1,0,1,2,3]，則離散化為z=23nm(z*n+m2)取整數(shù)，其中z∈KP，z*∈[m,n]同理，輸出KI，KD的模糊量化原理類似，在這里就不再詳述。模糊子集論域的確定和下一步的模糊推理中需要的模糊值有關(guān)。輸入e，ec的模糊子集為E，EC=[NB,NM,NS,O,PS,PM,PB]輸出kP，kI，kD的模糊子集為KP，KI，KD=[NB，NM，NS，0，PS，PM，PB]。隸屬函數(shù)的形狀常采用梯形、三角形、鐘形、高斯形等。選取三角形函數(shù)為隸屬函數(shù)，對(duì)于各輸入、輸出的模糊子集，可以分別確定其各自的量化論域中各元素對(duì)其的隸屬度表。模糊控制器的控制規(guī)則通?？梢杂靡唤MIfThen語(yǔ)句來(lái)描述。三個(gè)控制查詢表的求解過(guò)程是一樣的，在這里詳細(xì)介紹一下KP控制查詢表的求取過(guò)程。(4)求模糊關(guān)系R和模糊控制表，KP的模糊控制規(guī)則表由 7x7=49條小規(guī)則組成，由每個(gè)小規(guī)則可以得到一個(gè)模糊關(guān)系R，分別對(duì)49個(gè)模糊關(guān)系取“并”運(yùn)算，即可得到由輸入e,ec到輸出助的模糊關(guān)RP：：R1=[(NB)e(NB)ec]T1。(PB)KP計(jì)算過(guò)程(略)最終：RP=i=149RI(i=1,2,…49)= ()(5)模糊推理及輸出量的去模糊化系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)在每個(gè)采樣周期對(duì)采集到的每一個(gè)具體e和ec先將其量化，量化為論域中的元素ｘ∈X,ｙ∈Y,再將e和ec模糊化為E* EC*由公式()求出對(duì)應(yīng)的輸出量。RP ()例如：e基本論域?yàn)閇6,6]，ec基本論域?yàn)閇8,8]，量化論域均為[3,2,1,0,1,2,3]，則ke=3/e=，kec=3/ec=*=3，ec*=4，則將其分別量化為e=e*ke≈1，ec= ec*kec≈1?？梢圆捎米畲箅`屬度法進(jìn)行去處理。(6)模糊控制查詢表實(shí)際當(dāng)中，系統(tǒng)在每個(gè)采樣周期采集到的每個(gè)偏差及偏差變化率e和ec均位于其各自的基本論域[e，e]和[ec，ec]或[a,b]和[c,d]，按照上一步所述步驟即可得到各自對(duì)應(yīng)的精確輸出Kpn，從而得到KP的模糊控制查詢表，同理可以得到Kl，KD的模糊控制查詢表，,。配料系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，配料秤儀表不斷地輸出瞬時(shí)流量值，并實(shí)時(shí)地計(jì)算出與設(shè)定流量值之間的偏差和偏差變化率e，ec，然后將它們模糊化為E，EC，通過(guò)查找3個(gè)模糊控制查詢表即可得到Kp，KI，KD三個(gè)參數(shù)的調(diào)整量，從而完成對(duì)PID控制器參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)整。電氣控制系統(tǒng)皮帶秤配料系統(tǒng)內(nèi)部的控制部件比較多，干擾也比較多，要想使設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行，必須要求系統(tǒng)的軟硬件可靠性要高，抗干擾能力要強(qiáng)。 PLC的特點(diǎn)和配置為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，PLC有以下特點(diǎn)：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)對(duì)于任何電子設(shè)備使用時(shí)我們要求它的故障發(fā)生平均間隔時(shí)間長(zhǎng)，修復(fù)故障的時(shí)間要短，這樣可靠性刁‘高。由于外界環(huán)境的影響：如電磁干擾、超高溫、超低溫、過(guò)電止、欠電壓、振動(dòng)等引起的故障。但對(duì)PLC而言，受外界影響后，內(nèi)部存儲(chǔ)的信息可能被破壞。當(dāng)元器件受到破壞不可以恢復(fù)時(shí)就會(huì)引起永久性的故障。如果能在永久性故障出現(xiàn)時(shí)，通過(guò)診斷措施和適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)手段能很快查出故障發(fā)生位置，并將故障限制在局部，就能減小PLC的平均修復(fù)時(shí)間。主要的硬件措施是:主要模塊均采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，大量開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器完成，I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)和信號(hào)調(diào)理電路。(2)濾波—對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如LC或π型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。(4)隔離在CPU微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離I/O接口與CPU之間電的聯(lián)系，減少故障和誤動(dòng)作。(5)采用模塊結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時(shí)修復(fù)。主要軟件措施：有極強(qiáng)的自檢及保護(hù)功能。以便及時(shí)進(jìn)行處理。一旦故障條件消失，就可恢復(fù)花常，繼續(xù)原來(lái)的程序工作。(3)內(nèi)部設(shè)置了聯(lián)鎖、環(huán)境檢測(cè)與診斷、WDT(“看門狗”)等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過(guò)了警戒時(shí)鐘WDT規(guī)定時(shí)間(預(yù)示程序進(jìn)入了死循環(huán))，立即報(bào)警，以保證CPU可靠工作。(5)對(duì)程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備停電后，利用后備電池供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會(huì)丟失。它要求能承受幅值為1000V，上升時(shí)間1ns，脈沖寬度為1us的干擾脈沖。制成系統(tǒng)亦可達(dá)4～5萬(wàn)小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變PLC的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。功能強(qiáng)，適用廣現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄顯示等功能。編程簡(jiǎn)單，容易掌握PLC繼承傳統(tǒng)繼電器控制電路清晰直觀的特點(diǎn)，充分考慮電氣工人和技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣，采用面向控制過(guò)程和操作者的“自然語(yǔ)言”—梯形因?yàn)榛揪幊陶Z(yǔ)一言，容易學(xué)習(xí)和掌握PLC。除了梯形圖、流程圖、專用語(yǔ)一言指令外，有些PLC增加了BASIC、C等語(yǔ)言的編程功能，今后將進(jìn)一步地利用普通高級(jí)語(yǔ)言，發(fā)展新的PLC編程語(yǔ)言。控制系統(tǒng)采用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能，其外圍只需將信號(hào)輸入設(shè)備和接收輸出信號(hào)執(zhí)行控制任務(wù)的輸出設(shè)備與PLC的輸入輸出端子相連接，安裝簡(jiǎn)單，工作量少。并且由于PLC有很強(qiáng)的抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。調(diào)試和維護(hù)也極為方便。CQMI一剮203型電源模塊:4個(gè)CQMI一 IDZ12203型16點(diǎn)I/o輸入模塊:2個(gè)CQMI一Oe222型16點(diǎn)1/0輸出模塊。PLC置于配電柜內(nèi)，工控機(jī)和配料稱重儀表的控制輸出信號(hào)由PLC驅(qū)動(dòng)中間繼電器，再由中間繼電器驅(qū)動(dòng)各種交流接觸器來(lái)驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載。以及報(bào)警信號(hào)如皮帶跑偏開(kāi)關(guān)報(bào)警、皮帶打滑報(bào)警、報(bào)警復(fù)位等信號(hào)，經(jīng)過(guò)中間繼電器轉(zhuǎn)換后由PLC的I/O獲取，再由軟件進(jìn)行分析處理。前者中電源經(jīng)總斷路器分配至各個(gè)電機(jī)動(dòng)力分回路，各個(gè)分回路又包括斷路器(或者熔斷器)、接觸器、熱繼電器等。動(dòng)力控制部分的主要功能有以下幾點(diǎn)：1)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)配料過(guò)程的邏輯控制主要是動(dòng)力聯(lián)鎖部分的控制，每套給料機(jī)、皮帶秤都處于同一條物流線上，它們之間存在著聯(lián)鎖關(guān)系，在動(dòng)力控制設(shè)計(jì)中，不僅通過(guò)PLC內(nèi)部的軟件實(shí)現(xiàn)了聯(lián)鎖，而且在電氣線路上，也增加了電氣信號(hào)的聯(lián)鎖，增加了雙倍的可靠性。同時(shí)電機(jī)的啟動(dòng)還受時(shí)間延時(shí)控制。2)手動(dòng)/自動(dòng)工作模式有手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種工作模式，手動(dòng)控制時(shí)可以控制任意每一臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)和停止，這樣每一種的配料就是實(shí)行的手動(dòng)調(diào)節(jié)。3)中央/現(xiàn)場(chǎng)控制方式現(xiàn)場(chǎng)的操作盤上有中央和現(xiàn)場(chǎng)的控制選擇切換開(kāi)關(guān)，一般情況下，選擇中央控制，也就是先啟動(dòng)皮帶才可以啟動(dòng)圓盤，需要停止時(shí)是先停止圓盤才可以停止皮帶；對(duì)于特殊的情況選擇現(xiàn)場(chǎng)控制。給料機(jī)和皮帶秤的部分動(dòng)力控制的電路設(shè)計(jì)圖。KA15的一組動(dòng)作觸點(diǎn)接入變頻器的控制輸入端，控制變頻器的啟停，即給料機(jī)的啟停，KA15線圈接通動(dòng)作的條件是KM1接通且KA1接通，即皮帶機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)且PLC發(fā)出給料機(jī)運(yùn)行指令。給料機(jī)、皮帶秤的PLC程序梯形圖。傳統(tǒng)的電子皮帶秤系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始正常工作后，各個(gè)部分同時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)物料下落有差量時(shí)，那么物料從給料設(shè)備至輸送皮帶的時(shí)間就有差異。因此在一些對(duì)瞬時(shí)配比要求嚴(yán)格的行業(yè)工藝中，必須要求皮帶秤配料系統(tǒng)從設(shè)備啟動(dòng)到停止一直保持一定的配比。具體有兩種方式可以去實(shí)現(xiàn)：(1)在所有物料的匯合點(diǎn)讓距離主皮帶最遠(yuǎn)的給料機(jī)、皮帶配料輸送機(jī)先啟動(dòng)，依次順延，反之，最近的給料機(jī)、皮帶配料輸送機(jī)最后啟動(dòng)。根據(jù)本系統(tǒng)目前的組態(tài)，結(jié)合每臺(tái)皮帶秤的速度和秤體間的距離，分析每種物料到達(dá)匯合點(diǎn)的時(shí)一間。實(shí)際中許多企業(yè)的多數(shù)皮帶秤配料系統(tǒng)注重的是物料的瞬時(shí)流量配比，當(dāng)物料的落差對(duì)系統(tǒng)的瞬時(shí)流量影響不大時(shí)，用戶一般不予考慮。模糊PID控制算法仿真仿真技術(shù)是以控制論、系統(tǒng)工程論及軟件工程技術(shù)為基礎(chǔ)，建立所研究對(duì)象(系統(tǒng)、事件或過(guò)程)的數(shù)學(xué)模型或物理模型，借助于計(jì)算機(jī)和各類光、電、聲等物理效應(yīng)裝置，對(duì)系統(tǒng)的性能、事件的特征或過(guò)程的發(fā)展進(jìn)行試驗(yàn)研究、預(yù)測(cè)和分析評(píng)定的一門綜合性技術(shù)。在研究動(dòng)態(tài)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)時(shí)，利用仿真技術(shù)可快速正確地對(duì)系統(tǒng)未來(lái)的工作做出判斷和預(yù)測(cè)，而不必建立真實(shí)復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。系統(tǒng)仿真中，建立所研究對(duì)象的數(shù)學(xué)模型或物理模型是最重要的工作，模型描述實(shí)際系統(tǒng)和過(guò)程越精確，人們通過(guò)仿真對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)也越正確。2)對(duì)仿真部分做詳盡的分析，確定各個(gè)變量之間的關(guān)系。4)建立完整的模型結(jié)構(gòu)。MATLAB是目前控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)最有效的工具，它不僅能解決控制理論中大量的矩陣運(yùn)算問(wèn)題，而且提供了強(qiáng)有力的工具箱支持，如模糊邏輯工具箱FuzzyLogic；Toolbox，尤其是Simulink工具平臺(tái)的出現(xiàn)，使得控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真變得相當(dāng)容易和直觀。皮帶秤自動(dòng)配料系統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)完畢后，要在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)出廠前的實(shí)際聯(lián)調(diào)有很多困難，因?yàn)槠С釉O(shè)備體積龐大，占地面積多；而且要實(shí)際運(yùn)行物料，實(shí)現(xiàn)物料的連續(xù)可調(diào)節(jié)，還需要有物料循環(huán)系統(tǒng)等設(shè)備，也需要可觀的資本消耗。模糊PID控制器輸出標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA電流信號(hào)到可控硅供電設(shè)備，通過(guò)電流信號(hào)幅值的大小變化改變可控硅整流器導(dǎo)通角，進(jìn)而改變直流調(diào)速電機(jī)的電壓幅值來(lái)調(diào)整給料機(jī)振動(dòng)頻率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)皮帶上物料流量的目的。++4s+3e3s，在Simullink設(shè)計(jì)窗口下進(jìn)行仿真試驗(yàn)。然后建立配料皮帶秤系統(tǒng)模糊PID控制框圖?，F(xiàn)在如果受到外界干擾，系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，即皮帶秤配料系統(tǒng)的被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型變?yōu)? s2+2s+2s3+3s2+3s+1e3s仍然采用上述方法進(jìn)行仿真。所以響應(yīng)很快，上升時(shí)間tr很短，過(guò)度過(guò)程也很快。采用模糊PID控制后，通過(guò)模糊控制器對(duì)PID進(jìn)行非線性的參數(shù)整定，可使系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下快速、準(zhǔn)確的達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過(guò)程中能達(dá)到較為滿意的控制效果?？傊?jì)算機(jī)仿真技術(shù)是各種系統(tǒng)分析必不可少的強(qiáng)大工具。二種控制方式由BangBang開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。首先，對(duì)現(xiàn)有的皮帶秤配料系統(tǒng)進(jìn)行分析，找出其優(yōu)點(diǎn)及難點(diǎn)所在。并且對(duì)系統(tǒng)中的重要器件傳感器進(jìn)行選擇?？刂破鲗?duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，通過(guò)查找模糊查詢表來(lái)對(duì)3個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，以滿足不同e和ec對(duì)3個(gè)參數(shù)的不同要求。另外直接利用MATLAB中Simulink圖形化工具平臺(tái)對(duì)配料秤儀表中采用的模糊PID控制算法進(jìn)行了仿真。但是理論和實(shí)際有些脫節(jié)，還沒(méi)有真正應(yīng)用到配料系統(tǒng)實(shí)際當(dāng)中。