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針對(duì)磚瓦、水泥生產(chǎn)等行業(yè)的自動(dòng)精確配料的問(wèn)題，提出一種基于PLC控制，算法采用模糊控制方法，設(shè)計(jì)一種在誤差、誤差變化率范圍內(nèi)的模糊控制器。由于經(jīng)典PID調(diào)節(jié)器參數(shù)一旦設(shè)定就保持不變，屬于線性定?？刂疲蚨荒軡M足配料這種非線性特定，而模糊控制又有難以解決靜態(tài)誤差的缺陷，但兩者結(jié)合后的模糊PID調(diào)節(jié)器可以實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)，確保配料過(guò)程的精確，并為投入實(shí)際生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。研究結(jié)果表明，采用模糊控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器輸出響應(yīng)快、無(wú)超調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地解決自動(dòng)精確配料的問(wèn)題，而且相對(duì)于自帶PID調(diào)節(jié)的控制器成本要低很多，從而產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟(jì)效益。
磚瓦配料自動(dòng)控制系統(tǒng)
磚瓦生產(chǎn)原料視當(dāng)?shù)卦隙?，一般有?yè)巖、煤矸石等原料，按情況分配料斗數(shù)目，根據(jù)數(shù)目設(shè)定電子皮帶秤配料線組成。
自動(dòng)配料系統(tǒng)加電后，皮帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，微處理機(jī)根據(jù)當(dāng)前操作控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。料斗中的物料落在落料區(qū)，經(jīng)皮帶運(yùn)送到達(dá)稱重區(qū)，由電子皮帶秤對(duì)皮帶上的物料進(jìn)行稱重。稱重傳感器根據(jù)所受力的大小輸出一個(gè)電壓信號(hào)，經(jīng)變送器放大，輸出一個(gè)正比于物料重量的計(jì)量電頻信號(hào)。該信號(hào)送至上位機(jī)的接口，經(jīng)采樣后并轉(zhuǎn)換成一個(gè)流量信號(hào)，在上位機(jī)上顯示當(dāng)前流量值。同時(shí)將此流量信號(hào)送至PLC接口，PLC根據(jù)誤差e和差變化率ec進(jìn)行模糊推理，經(jīng)反模糊化輸出給變頻器，以此來(lái)改變變頻器的輸出值，從而改變驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。調(diào)整給定量，使之與設(shè)定值相等，完成自動(dòng)配料過(guò)程。
模糊PID控制
PID控制是最常用的經(jīng)典控制方法，控制作用u由偏差e的比例、積分、微分三項(xiàng)之和給出，如果控制中的只包括比例和積分兩項(xiàng)，則為PI控制，如果控制中只包括比例微分兩項(xiàng)，則為PD控制。控制中的比例增益Kp、積分增益Ki和微分增益Kd均為常數(shù)，一旦控制設(shè)計(jì)好以后，在控制中不在改變，因此PID控制屬于線性定?？刂啤?br /> 磚瓦配料控制系統(tǒng)主要是控制物料重量恒定、物料的重量與料斗的流量、物料的重量、皮帶的轉(zhuǎn)速有關(guān)，配料系統(tǒng)具有非線性的特定，采用經(jīng)典PID控制無(wú)法達(dá)到滿意的控制效果。模糊控制對(duì)于這些經(jīng)典控制理論所不能解決的非線性、時(shí)變的系統(tǒng)而言，具有它的優(yōu)越性。但模糊控制對(duì)于靜態(tài)性能相對(duì)較差。經(jīng)典PID控制可以保證控制精度，消除靜態(tài)誤差。因此采用模糊控制與PID控制相結(jié)合，就能夠使控制系統(tǒng)的性能得到較大的改善。
該系統(tǒng)由常規(guī)PID控制和模糊推理控制兩部分組成，以偏差e和偏差變化率ec（de/dt）作為模糊控制器的輸入，根據(jù)模糊控制規(guī)則對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，以滿足不同e和ec時(shí)對(duì)控制參數(shù)的要求。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自調(diào)整PID參數(shù)的計(jì)算公式如下：kp=k′p+△kpki=k′i+△kikd=k′d+△kd
式中k′p、k′i、k′d—PID參數(shù)的初始值，△kp、△ki、△kd為模糊控制器的輸出kp、ki、kd為最終輸出的控制參數(shù)值。
4軟件實(shí)現(xiàn)
當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，啟動(dòng)配料生產(chǎn)線。首先系統(tǒng)程序進(jìn)行初始化，通過(guò)上位機(jī)或觸摸屏設(shè)置配料配比，檢查料斗有無(wú)物料。若無(wú)物料，向料斗送料，啟動(dòng)配料生產(chǎn)線，由電子皮帶秤進(jìn)行稱重并實(shí)時(shí)計(jì)量，CPU計(jì)算得實(shí)時(shí)流量及累計(jì)流量。若設(shè)定流量與實(shí)際流量有偏差，調(diào)節(jié)器根據(jù)系統(tǒng)控制要求比較設(shè)定值與實(shí)際流量的偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)改變輸出信號(hào)以控制變頻器對(duì)輸送電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)恒流量控制。根據(jù)配比各輔料同時(shí)混合計(jì)量，并按配方工藝要求添加。
由于經(jīng)典PID調(diào)節(jié)器參數(shù)一旦設(shè)定就保持不變，屬于線性定?？刂?，因而不能滿足配料這種非線性特定，而模糊控制又有難以解決靜態(tài)誤差的缺陷，但兩者結(jié)合后的模糊PID調(diào)節(jié)器可以實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)，確保配料過(guò)程的精確，并為投入實(shí)際生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。
PID調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定方法：試湊法
它是在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的行之有效的方法，并在現(xiàn)場(chǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
這種方法的基本程序是先根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，確定一組調(diào)節(jié)器參數(shù)，并將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，然后人為地加入階躍擾動(dòng)（如改變調(diào)節(jié)器的給定值），觀察被調(diào)量或調(diào)節(jié)器輸出的階躍響應(yīng)曲線。若認(rèn)為控制質(zhì)量不滿意，則根據(jù)各整定參數(shù)對(duì)控制過(guò)程的影響改變調(diào)節(jié)器參數(shù)。這樣反復(fù)試驗(yàn)，直到滿意為止。
經(jīng)驗(yàn)法簡(jiǎn)單可靠，但需要有一定現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，整定時(shí)易帶有主觀片面性。當(dāng)采用PID調(diào)節(jié)器時(shí)，有多個(gè)整定參數(shù)，反復(fù)試湊的次數(shù)增多，不易得到最佳整定參數(shù)。
下面以PID調(diào)節(jié)器為例，具體說(shuō)明經(jīng)驗(yàn)法的整定步驟：
⑴讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù)S0=0，實(shí)際微分系數(shù)k=0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，由小到大改變比例系數(shù)S1，讓擾動(dòng)信號(hào)作階躍變化，觀察控制過(guò)程，直到獲得滿意的控制過(guò)程為止。
⑵取比例系數(shù)S1為當(dāng)前的值乘以0.83，由小到大增加積分系數(shù)S0，同樣讓擾動(dòng)信號(hào)作階躍變化，直至求得滿意的控制過(guò)程。
(3)積分系數(shù)S0保持不變，改變比例系數(shù)S1，觀察控制過(guò)程有無(wú)改善，如有改善則繼續(xù)調(diào)整，直到滿意為止。否則，將原比例系數(shù)S1增大一些，再調(diào)整積分系數(shù)S0，力求改善控制過(guò)程。如此反復(fù)試湊，直到找到滿意的比例系數(shù)S1和積分系數(shù)S0為止。
⑷引入適當(dāng)?shù)膶?shí)際微分系數(shù)k和實(shí)際微分時(shí)間TD，此時(shí)可適當(dāng)增大比例系數(shù)S1和積分系數(shù)S0。和前述步驟相同，微分時(shí)間的整定也需反復(fù)調(diào)整，直到控制過(guò)程滿意為止。
注意：仿真系統(tǒng)所采用的PID調(diào)節(jié)器與傳統(tǒng)的工業(yè)PID調(diào)節(jié)器有所不同，各個(gè)參數(shù)之間相互隔離，互不影響，因而用其觀察調(diào)節(jié)規(guī)律十分方便。

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