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      飼料廠配料稱重微機(jī)控制器系統(tǒng)的研究

      發(fā)布時(shí)間:2019-12-03 09:00:53 |來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

      1配料系統(tǒng)概述

      配料是飼料生產(chǎn)的關(guān)鍵工序, 其配料精度直接影響著飼料產(chǎn)品的質(zhì)量, 由于落差 、 進(jìn)料沖擊、工藝參數(shù) 、 物料性質(zhì)等的變化 ,使配料系統(tǒng)的模型具有非線性和時(shí)變性 [ 1] 。為提高系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力 ,改善或消除落差等因素對(duì)精度的影響, 本文采用了自適應(yīng)方法,以使系統(tǒng)能及時(shí)跟上外界環(huán)境的變化, 同時(shí)對(duì)落差進(jìn)行預(yù)測(cè)和配料量的逼近控制,以改善配料精度 。配料系統(tǒng)的主要設(shè)備是給料器和配料秤。進(jìn)料量通過(guò)給料器電機(jī)的開(kāi)斷來(lái)控制。此外 ,配料系統(tǒng)還包括對(duì)秤斗和混合機(jī)卸料門(mén)開(kāi)關(guān)的聯(lián)鎖控制。

      工作時(shí),兩臺(tái)配料秤同時(shí)進(jìn)料 ,計(jì)算機(jī)對(duì)兩臺(tái)秤進(jìn)行分時(shí)監(jiān)控。給料器采用螺旋式 ,計(jì)算機(jī)通過(guò)相應(yīng)的控制軟件 ,根據(jù)所編排的進(jìn)料次序 ,順序控制各物料所對(duì)應(yīng)給料器電機(jī)的啟停 。配料量的大小由配方計(jì)算決定。配方可由最優(yōu)化方法算出 ,也可由人工計(jì)算后輸入計(jì)算機(jī)。整個(gè)控制系統(tǒng)由控制器( 計(jì)算機(jī)) 、 重量檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成 ,如圖 2 所示。其中, 控制器是整個(gè)配料系統(tǒng)的核心, 它包括硬件及軟件兩部分。硬件由一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)( CPU80286) 、放大電路 、 接口電路等部分組成 。接口電路包括開(kāi)關(guān)的輸入輸出電路及模擬量的輸入輸出電路 。而軟件則是在硬件的基礎(chǔ)上指揮整個(gè)配料系統(tǒng)有條不紊 、 準(zhǔn)確無(wú)誤地工作。

          配料系統(tǒng)的軟件包括生產(chǎn)過(guò)程控制軟件和生產(chǎn)管理軟件兩部分 。生產(chǎn)過(guò)程控制可對(duì)多倉(cāng)數(shù)秤的配料混合工藝進(jìn)行監(jiān)控 ??刂栖浖?duì)溫度 、非線性、 滯后等誤差進(jìn)行了補(bǔ)償; 數(shù)據(jù)采集采用了濾波程序 , 以提高配料精度。生產(chǎn)管理軟件由配方管理 、 料倉(cāng)管理、報(bào)表管理、系統(tǒng)標(biāo)定 、物料及營(yíng)養(yǎng)管理、 參數(shù)設(shè)定等部分組成 ,它可配合生產(chǎn)過(guò)程控制程序進(jìn)行配方的設(shè)計(jì) 、修改、 檢索及打印, 進(jìn)行料倉(cāng)編排 、進(jìn)料順序設(shè)計(jì) 、 設(shè)置多倉(cāng)進(jìn)料 ,以及報(bào)表的檢索、打印 、 配料秤的標(biāo)定、物料及營(yíng)養(yǎng)成分的計(jì)算等 。通過(guò)生產(chǎn)管理程序, 可以實(shí)現(xiàn)靈活多樣、方便合理的控制形式 。

      2控制算法

          由于給料器的開(kāi)斷控制設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少,因此在飼料廠得到了廣泛應(yīng)用。本文采用了應(yīng)用較廣的開(kāi)斷控制方式。對(duì)于配料精度的控制,關(guān)鍵在于適時(shí)地?cái)嚅_(kāi)給料器電機(jī),使配料量盡量接近配料給定值。由于實(shí)際進(jìn)料量與稱重采樣值之問(wèn)有一差值(落差),因此,精度的控制又取次于對(duì)落差的估計(jì)。對(duì)于稱重過(guò)程,有:

      y0 =ax

      y=a (x -τ)         (1)

      式中,x——配料時(shí)間

             τ——落差時(shí)間

              y0——x時(shí)刻的實(shí)際進(jìn)料量

              y——x時(shí)刻的稱重采樣值

              a——參數(shù);與給料器的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、物料特性等因素有關(guān)。

      因此,稱重過(guò)程的數(shù)學(xué)模型可寫(xiě)成:

             y(k)=θ1 +θx +θy(k-1)+ε(k)    (2)

      式中,ε——殘差

               θ——待定系數(shù);i=1,2,3;

                k=1,2,3,…, 為采樣次數(shù);

      對(duì)m次采樣,有:      Y =Xθ+ε

      式中,θ=[θ1 ,θ3]T

      令J=εTl作為目標(biāo)函數(shù),采用最小二乘法,當(dāng)J取極小值時(shí),求得

      θ=(XTX)-1XTY

      為使參數(shù)能盡快跟隨系統(tǒng),引入遺忘因子λ(λ< 1),使

      對(duì)于d步預(yù)測(cè)有:

             y(k +d )= θ1 +θ(k +d )T+θy( k+ d -1)

      設(shè)|△|為配料允許誤差的絕對(duì)值,yd為配料給定值,喂料電機(jī)的狀態(tài)為:

      采用式    y s ( k) =y( k) +∑E              ( 3)

      對(duì)Tk+τ時(shí)刻的進(jìn)料量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

      式中   ∑E =e d +e j +E ;  

       E —上一配料周期的預(yù)測(cè)偏差 ;

      d —上一配料周期的配料偏差;  

      j —采樣點(diǎn)的靜態(tài)誤差 。

      令    P k =y d -y s ( k +d)

      k +1 =y d -y s ( k +d +1)

      則控制規(guī)則為

      ①I(mǎi)F  P k > |Δ|   THEN Z =1;

          即如果進(jìn)料量離配料給定仇距離大于允差,則給料電機(jī)保持開(kāi)啟狀態(tài);

      ②IF  P k <0  THEN Z =0;

          即如果進(jìn)料量離配料給定恤距離小于0,則斷開(kāi)給料電機(jī),停止進(jìn)料;

      ③IF  0

      k < |Δ|   THEN

        IF Pk+1 >0 THEN Z=1;

            ELSE IF  |Pk+1|> |Pk|  THEN  Z=0;

           ELSE  Z=1

          上一規(guī)則表明,若進(jìn)料量距終點(diǎn)距離小于0且小于允差,則再預(yù)測(cè)下次采樣的進(jìn)料量,若進(jìn)料量仍大于0,則電機(jī)保持開(kāi)啟Z=I,若小于0,如果下一周期預(yù)測(cè)稱重值離終點(diǎn)距離大于本次值,則斷開(kāi)電機(jī)Z=0,停止進(jìn)料,否則Z=l。

      3試驗(yàn)及結(jié)果

      采用上述方法, 對(duì)配料精度進(jìn)行十次試驗(yàn)( 用種豬飼料配料試驗(yàn) 。稱重傳感器等級(jí):0. 02 ; 數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用AD574,12 位 。 

      附表中, 給定值由配方給出 ; 實(shí)測(cè)值為實(shí)際配料量; 預(yù)測(cè)值由式( 3) 算出; 預(yù)測(cè)偏差 =預(yù)測(cè)值 - 實(shí)測(cè)值; 配料偏差 = 實(shí)測(cè)值 -給定值。

      試驗(yàn)結(jié)果表明, 由于采用自適應(yīng)方法, 對(duì) kT +τ 及( k + 1) T +τ 時(shí)刻進(jìn)料量進(jìn)行了預(yù)測(cè), 并通過(guò)逐步逼近控制配料量 , 因而系統(tǒng)對(duì)物性及環(huán)境變化的適應(yīng)能力較強(qiáng), 配料結(jié)果波動(dòng)小,精度高 。

      參 考 文 獻(xiàn)

      1  Keviczky L, Hettessy J and Hilger M et al.Self-turning adaptive control of concent raw material blending. Automatica , 1978, 15: 693~ 694

      2  方康玲, 陸中華, 赦國(guó)法等. 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì). 北京: 科學(xué)出版社, 1992. 137~ 185

       

       

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