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0 引言

配料控制器作為自動(dòng)配料控制系統(tǒng)的核心設(shè)備在混凝土等生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。配料生產(chǎn)啟動(dòng)后，打開進(jìn)物料倉的閥門，計(jì)量斗上安裝的稱重傳感器將重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送入配料控制器，經(jīng)計(jì)算得到當(dāng)前重量值；當(dāng)稱量值接近于配方中料的設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉閥門，待空中飛料全部落入計(jì)量斗后，開始第二種物料的配料，以此類推，完成配方中所有物料的稱量控制。針對現(xiàn)有的配料控制器普遍存在空中飛料控制不準(zhǔn)和測量精度不高的問題［1］，本文采用迭代學(xué)習(xí)控制算法，選用24位高精度A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)出一款新型配料控制器，獲得了較為理想的配料精度。

1 采用迭代學(xué)習(xí)控制算法提高配料精度

實(shí)際生產(chǎn)過程表明，配料控制過程具有較強(qiáng)的重復(fù)性，同時(shí)又受諸多因素(如物料性質(zhì)、進(jìn)料沖擊、給料機(jī)的振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)慣性等^［2］)的影響，難以建立配料控制過程的精確數(shù)學(xué)模型。迭代學(xué)習(xí)控制算法不依賴動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，對重復(fù)性運(yùn)動(dòng)的非線性被控對象可以進(jìn)行有效的控制，算法簡單、適應(yīng)性強(qiáng)^［3］，適用于配料過程的控制。

給料門在t開時(shí)刻開門，在t關(guān)時(shí)刻關(guān)門，開門后在t₀時(shí)刻物料落到計(jì)量斗，關(guān)門后在t₁時(shí)刻空中飛料全部落入計(jì)量斗。根據(jù)迭代學(xué)習(xí)控制的思想，每次配料過程中，要在時(shí)間區(qū)間［t₀，t₁］上給定期望軌跡yd(t)，再尋找輸入控制量u(t)，使得在該控制作用下實(shí)際配料重量在［t₀，t₁］上逼近yd(t)。本文采用P型迭代學(xué)習(xí)控制算法，選取關(guān)門提前量u為控制量，控制量的初值u1一般為配方設(shè)定值k的25%。第一次學(xué)習(xí)，當(dāng)計(jì)量斗內(nèi)實(shí)際配料值達(dá)到W1=k- u₁時(shí)，貯料倉的給料門關(guān)閉，實(shí)際配料值與給定期望軌跡存在誤差e1=k- W1。設(shè)定新的控制量u₂=u₁+k_pe₁，其中k_p為P型迭代學(xué)習(xí)控制算法的迭代學(xué)習(xí)因子，經(jīng)過足夠多次學(xué)習(xí)后，可實(shí)現(xiàn)實(shí)際輸出逼近期望輸出，使配料精度滿足相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)^［4］。

采用MATLAB對配料過程進(jìn)行仿真，選取配方設(shè)定值k=800 kg，關(guān)門提前量u₁=200 kg，迭代學(xué)習(xí)因子k_p分別為0.2、0.5、0.8、1.5，仿真結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯觯?dāng)?shù)鷮W(xué)習(xí)因子k_p較小時(shí)，控制量u平穩(wěn)緩慢地接近理想范圍，但學(xué)習(xí)次數(shù)很多。當(dāng)k_p較大時(shí)，u可以很快地靠近理想范圍，但波動(dòng)很大，不容易收斂到理想值。P型迭代學(xué)習(xí)控制算法是基于偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的，k_p可以減少誤差并加快響應(yīng)速度，但是k_p又受到系統(tǒng)穩(wěn)定性的限制，不能任意增大。為了保證系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)速度和較好的穩(wěn)定性，可在控制量u遠(yuǎn)離理想控制范圍時(shí)，采用較大的迭代學(xué)習(xí)因子k_p，使u較快接近理想控制范圍；之后改用較小的k_p，使u平穩(wěn)地收斂于較優(yōu)值^［5］。通過大量仿真實(shí)驗(yàn)，選取迭代學(xué)習(xí)因子k_p滿足式(1)，可以取得較為理想的配料控制效果。

在經(jīng)過15次迭代后，最終配料結(jié)果就可平滑收斂到配方設(shè)定值。

2 配料控制器的硬件設(shè)計(jì)

配料控制器的硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，其中CPU采用單片機(jī)ADμC845，8052內(nèi)核，內(nèi)部集成10路24位高精度AD轉(zhuǎn)換器，且內(nèi)含62KFlash/E2程序存貯器，4KFlash/E2數(shù)據(jù)存貯器，2304字節(jié)數(shù)據(jù)RAM。此外，ADμC845的串口還具有程序下載功能，十分適合小體積低功耗的儀表應(yīng)用。

3 配料控制器的軟件設(shè)計(jì)

配料控制器的軟件采用一種前后臺(tái)的編程方式。后臺(tái)一直死循環(huán)輪詢，前臺(tái)處于等待中斷的狀態(tài)，一旦中斷發(fā)生，跳出后臺(tái)的輪詢，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，中斷處理完后，又返回后臺(tái)進(jìn)行輪詢。

其工作狀態(tài)分為正常稱重狀態(tài)和配料狀態(tài)。前者稱重并顯示當(dāng)前料重；后者自動(dòng)根據(jù)配方設(shè)定值順序完成多達(dá)4種物料的配料。配料控制器由單機(jī)和聯(lián)機(jī)2套控制方式，單機(jī)控制時(shí)，用戶采用按鍵和生產(chǎn)啟動(dòng)按鈕控制；聯(lián)機(jī)控制時(shí)，屏蔽按鍵控制功能，由上位機(jī)通過串口進(jìn)行控制，同時(shí)控制器可將當(dāng)前稱重值實(shí)時(shí)傳送至上位機(jī)進(jìn)行顯示。

4 結(jié)語

(1) 采用ADμC845為CPU設(shè)計(jì)的智能配料控制器，具有體積小、精度高、系統(tǒng)開發(fā)成本低和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，在不修改硬件的前提下，軟件可實(shí)現(xiàn)二次升級(jí)。

(2) 該配料控制器功能完備，集稱重顯示與配料控制雙重功能于一體，系統(tǒng)參數(shù)具有掉電保護(hù)功能，還可通過串口與上位機(jī)聯(lián)機(jī)使用。

(3) 樣機(jī)調(diào)試表明，配料控制器的線性度較好，可靠性高，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，具有應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn):

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［3］謝勝利.迭代學(xué)習(xí)控制的理論與應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，2005.

［4］GB 14902- 2003，中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)預(yù)拌混凝土［S］.

［5］趙升噸.迭代學(xué)習(xí)法在開關(guān)式液壓閥位置控制中的應(yīng)用［J］.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，37(5)：523- 526.

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