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      精確的動態(tài)稱重計量是提高包裝速度，保證包裝精度的關鍵技術之一，也是當前包裝面臨的一個的難題，尤其是粉體的包裝物性受到粒度、濕度和溫度等條件的影響，從而導致包裝精度難以控制。隨著先進控制理論和技術的發(fā)展，新型的智能控制算法逐漸被運用到包裝設備的控制系統(tǒng)中，一些學者對其進行了相關的研究：如彭博等提出了將模糊控制算法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡結合粒子群算法運用到動態(tài)稱量包裝系統(tǒng)中，其中模糊控制算法通過PLC樣機試驗500次后控制偏差最大值為5g，而BP神經(jīng)網(wǎng)絡結合粒子群算法在進行了100次數(shù)據(jù)采樣實驗后，最大相對誤差為9%，減小了相對誤差；馬云飛等提出了將模糊模糊控制算法運用到皮帶給料式定量包裝控制系統(tǒng)中，通過Matlab軟件仿真得出其穩(wěn)態(tài)誤差減小了80%；周星等提出了把數(shù)字濾波技術運用到失重式計量加料系統(tǒng)中，實驗結果表明其平均偏差值比設定的控制偏差值降低了40%。上述文獻表明，智能控制算法能夠減小定量包裝控制系統(tǒng)的誤差值。失重秤是20世紀80年代中期開始應用于工業(yè)生產(chǎn)中的一種連續(xù)稱量計量設備，因失重倉重量的測量幾乎是在靜態(tài)下進行的，無需考慮傳感器零點漂移，具有精度高、環(huán)保、節(jié)能、維護簡單等優(yōu)點，失重秤逐漸成為連續(xù)稱重設備的首選設備。由于在實際包裝生產(chǎn)中，存在機器運行中引起的振動、系統(tǒng)的延遲等情況，所以其包裝精度有待進一步提高。文中在傳統(tǒng)PI控制的基礎上，增加模糊控制智能算法實時整定PI控制參數(shù)，以此來優(yōu)化控制系統(tǒng)，從而提高粉體失重秤定量包裝的精度。

1.失重式計量包裝系統(tǒng)的傳統(tǒng)PI控制

失重秤由失重倉、壓力傳感器、控制系統(tǒng)和出料喂料機組成。其工作原理是單位時間內(nèi)失重倉的重量損失量，控制系統(tǒng)根據(jù)實際流量與設定流量的大小對比，實時控制出料喂料機轉(zhuǎn)速，達到定量給料的目的失重秤的核心是控制系統(tǒng)，當壓力傳感器將失重倉內(nèi)的實際物料流失量信號傳給信號采集系統(tǒng)時，信號處理系統(tǒng)會根據(jù)實際損失量與設定量計算出系統(tǒng)的誤差。目前的失重秤的控制方法通常采用PID控制通過對比實際與設定的單位時間內(nèi)失重倉的損失量得出偏差值，來整定比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki與微分系數(shù)Kd，對被控對象出料喂料機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，以滿足控制精度。因為PID控制系統(tǒng)簡單、使用方便等特點，PID控制器也是目前應用較廣泛的控制器。

2.模糊PI控制器的設計與實現(xiàn)

傳統(tǒng)的PID控制需將參數(shù)值提前置于控制器中，但是當系統(tǒng)結構或參數(shù)發(fā)生變化時，傳統(tǒng)PID不能自動調(diào)節(jié)。誤差發(fā)生變化時系統(tǒng)就不能得到很好的控制，不能很好地解決計量系統(tǒng)動態(tài)和靜態(tài)之間的矛盾

由于失重秤的控制過程具有動態(tài)稱量和非線性這兩大特點，因此傳統(tǒng)PID控制就不能達到相對理想的控制效果。由于模糊控制對系統(tǒng)的非線性和時變性有較好的適應能力且魯棒性好，所以將模糊控制運用到失重秤定量包裝中，能更好地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.1輸入輸出變量的確定

根據(jù)目前實際誤差分析，設定實際論域為[－0.06kg，0.06kg]，實際偏差ec的基本論域為[－1,1]，設輸入變量為e和ec，模糊論域為[－6，6]；輸出模糊語言變量為Kp與Ki，設定其模糊變量為[－6，+6]，故偏差e的量化因子Ke=0.01，偏差變化量的量化因子Kec=1。輸出變量設置為Ki，Kp等2個參數(shù)。其中：NB表示負大對應到模糊論域中為－1；NM表示負中對應到模糊論域中為－2/3；NS表示負小對應到模糊論域里為－1/3；ZO表示0對應到模糊論域中為0；PS表示正小對應到模糊控制中為1/3；PM表示正中對應到模糊控制中為2/3；PB表示正大對應到模糊控制中為1。

2.2選擇合適的隸屬度函數(shù)

常見的隸屬度函數(shù)有高斯形和三角形，其中高斯形函數(shù)易于實現(xiàn)，其中心線和寬度構成一個簡單的參數(shù)集合以進行初始化，適當?shù)剡x擇中心和寬度則高斯函數(shù)也同樣極具靈活性，但是在工程中往往采用形式上簡單的三角形隸屬度函數(shù)。

3.模糊PI失重秤粉體包裝控制系統(tǒng)模擬仿真

為了驗證模糊PI控制在失重秤下料過程中能有效地控制下料速度和系統(tǒng)受到干擾后很快恢復到穩(wěn)定值，設計了傳統(tǒng)PI與模糊PI的仿真模型進行對比。

4.結語

針對失重式粉體包裝秤控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)滯后與設備振動等影響控制精度的問題，在現(xiàn)有失重秤傳統(tǒng)PI控制的基礎上增加了模糊PI控制器。仿真結果表明，相較于現(xiàn)有的失重秤傳統(tǒng)PI控制系統(tǒng)，設計的模糊PI控制使系統(tǒng)達到穩(wěn)定的時間減少了44%，超調(diào)量降低了26%，在系統(tǒng)受到干擾后，模糊PI控制能使系統(tǒng)在短時間內(nèi)達到穩(wěn)定，穩(wěn)定時長減少了33%。模糊PI控制方法能使失重秤控制系統(tǒng)響應速度快，超調(diào)量小且系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)的時間短。這主要是因為模糊控制算法能實時調(diào)節(jié)PI的控制參數(shù)，使系統(tǒng)得到優(yōu)化，保證了失重秤能快速穩(wěn)定地工作，從而提高失重秤稱量的效率和精度。