基于PLC模糊PID控制在電液比例系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、云南是一個(gè)木材加工大省，省內(nèi)有多種水平不一的國(guó)內(nèi)外制造的人造板生產(chǎn)線，由于控制水平和工藝之間的差異，使人造板在板厚的控制和預(yù)固化層的控制中，產(chǎn)生了較大的困難，主要反映在位置控制和速度控制相結(jié)合的問(wèn)題上。所以，工藝和控制相結(jié)合的研究，顯得特別重要。在人造板工藝的更新中，應(yīng)該結(jié)合這種工藝的更新，對(duì)適合各種工藝的自動(dòng)控制的模式進(jìn)行各種方式的研究。由于環(huán)境的特殊性，應(yīng)用電液伺服控制對(duì)于油液的污染過(guò)于敏感，所以導(dǎo)師在云南省科委基金項(xiàng)目研究電液比例

2、閉環(huán)控制系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)特性時(shí)，已經(jīng)成功地在實(shí)驗(yàn)熱壓機(jī)上構(gòu)建了基于PLC的電液比例閉環(huán)控制系統(tǒng)。應(yīng)用比例流量閥代替伺服閥進(jìn)行閉環(huán)控制，雖然大幅提高了系統(tǒng)的抗污染性和系統(tǒng)工作壽命，但又帶來(lái)了比例閥存在控制死區(qū)的問(wèn)題。在一般的控制中，比例閥的死區(qū)是可以通過(guò)補(bǔ)償來(lái)提高其位置精度的。但由于人造板毛坯材料的不連續(xù)性和力學(xué)各向異性使熱壓機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的補(bǔ)償變得復(fù)雜，對(duì)不同的材料和不同厚度的規(guī)格必須進(jìn)行不同程度的補(bǔ)償。如果材料是混合的，而且各種比例是變

3、化的，則使這種補(bǔ)償變得更加困難。而模糊控制在理論上對(duì)控制對(duì)象的物理模型和數(shù)學(xué)模型難以確定的情況時(shí)，卻呈現(xiàn)了良好的適應(yīng)性。所以如果把模糊控制引入熱壓機(jī)的比例閉環(huán)控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的適應(yīng)性得以拓寬，對(duì)人造板熱壓機(jī)控制系統(tǒng)的更新有重要的實(shí)際意義。 所謂模糊控制，就是在控制方法上應(yīng)用模糊集理論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理的知識(shí)來(lái)模擬人的模糊思維方法，主要依據(jù)人工操作員的經(jīng)驗(yàn)，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)與操作者相同的控制。它具有以下特點(diǎn)： (

4、1)不需已知被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，一般只需提供現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)及操作數(shù)據(jù)。這樣，對(duì)一些復(fù)雜的系統(tǒng)，如電液伺服系統(tǒng)，因難以建立精確數(shù)學(xué)模型，故不宜用經(jīng)典或現(xiàn)代控制方法，更適用于采用模糊控制。 (2)控制規(guī)則用語(yǔ)言變量表達(dá)，代替常規(guī)的數(shù)學(xué)變量，用簡(jiǎn)單的軟硬件即可實(shí)現(xiàn)，較易建立語(yǔ)言變量規(guī)則，同時(shí)易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，控制方法簡(jiǎn)單。 (3)控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，對(duì)過(guò)程參數(shù)的變化很不敏感，尤其適于時(shí)變的、非線性及滯后系統(tǒng)。另外，

5、對(duì)于滯后系統(tǒng)能對(duì)純滯后給予補(bǔ)償。 (4)模糊控制推理采用“不精確推理”。推理過(guò)程模仿人的思維過(guò)程，由于介入了人類的經(jīng)驗(yàn)，因而能夠處理復(fù)雜甚至“病態(tài)’’的系統(tǒng)。 通過(guò)對(duì)中外資料的查詢，了解到在各行業(yè)中應(yīng)用模糊控制的文章太多，但結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的卻有限，尤其對(duì)于人造板熱壓機(jī)控制系統(tǒng)為對(duì)象的十分稀少，主要是以單片機(jī)為主，來(lái)研究一些模糊仿真算法；而以實(shí)際系統(tǒng)為基本模式，基于PLC的模糊控制的參考文獻(xiàn)十分罕見(jiàn)。所以本研究在吸收借鑒前人

6、成果的基礎(chǔ)上，綜合標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法和模糊控制的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而提出了一種基于模糊PID控制模式。其主要研究?jī)?nèi)容是以實(shí)際應(yīng)用的PLC為模糊控制器主體，以現(xiàn)代熱壓工藝為依據(jù)，以電液比例控制系統(tǒng)為驅(qū)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)來(lái)研究模糊PID控制的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。整個(gè)系統(tǒng)的研究方法采取理論和實(shí)際相結(jié)合。理論主要以計(jì)算機(jī)仿真為主，實(shí)際研究在實(shí)驗(yàn)熱壓機(jī)或模擬實(shí)驗(yàn)熱壓機(jī)上進(jìn)行。根據(jù)研究?jī)?nèi)容的三大部分，逐次實(shí)驗(yàn)，逐步仿真，應(yīng)用理論指導(dǎo)研究，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)結(jié)果修正理論。 首

7、先深入分析熱壓系統(tǒng)的基本工作原理，在我院新購(gòu)進(jìn)的YYSYT-001開(kāi)放式液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)上搭建模擬實(shí)驗(yàn)熱壓機(jī)的電液比例閉環(huán)控制系統(tǒng)。然后，在該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上通過(guò)對(duì)不同的PID參數(shù)的搭配，做了大量的實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出在各種PID參數(shù)搭配的情況下，控制系統(tǒng)所呈現(xiàn)出不同的控制品質(zhì)。并用PCAccess通訊控件在Eexcel上開(kāi)發(fā)新的監(jiān)控界面，記錄PID實(shí)驗(yàn)中輸入輸出的模擬量過(guò)程值，求得系統(tǒng)PID過(guò)程變化瞬態(tài)圖并以此觀察系統(tǒng)的偏差及偏差變化情況。根據(jù)這些記

8、錄的數(shù)據(jù)和曲線所呈現(xiàn)的不同的表現(xiàn)，歸納總結(jié)后求得三個(gè)PID控制參數(shù)的模糊控制規(guī)則，進(jìn)而建立各PID參數(shù)完整的模糊控制規(guī)則表。最后，把模糊專家系統(tǒng)以及PID控制器結(jié)合起來(lái)，利用模糊專家系統(tǒng)的知識(shí)來(lái)修正PID參數(shù)，改變PID控制方式以期達(dá)到最佳的控制效果。 由于在電液比例閉環(huán)控制中，系統(tǒng)的超調(diào)和振蕩往往是在空載時(shí)最大。這是因?yàn)殡S著毛坯壓縮，反力增大，使比例閥的進(jìn)出口壓差減小，形成負(fù)載越大，比例閥壓差越小，速度越慢，超調(diào)越小。所以本文