基于PLC模糊PID控制在电液比例系统中的应用研究

来源 :西南林学院 西南林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hujun5100
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云南是一个木材加工大省,省内有多种水平不一的国内外制造的人造板生产线,由于控制水平和工艺之间的差异,使人造板在板厚的控制和预固化层的控制中,产生了较大的困难,主要反映在位置控制和速度控制相结合的问题上。所以,工艺和控制相结合的研究,显得特别重要。在人造板工艺的更新中,应该结合这种工艺的更新,对适合各种工艺的自动控制的模式进行各种方式的研究。由于环境的特殊性,应用电液伺服控制对于油液的污染过于敏感,所以导师在云南省科委基金项目研究电液比例闭环控制系统的静动态特性时,已经成功地在实验热压机上构建了基于PLC的电液比例闭环控制系统。应用比例流量阀代替伺服阀进行闭环控制,虽然大幅提高了系统的抗污染性和系统工作寿命,但又带来了比例阀存在控制死区的问题。在一般的控制中,比例阀的死区是可以通过补偿来提高其位置精度的。但由于人造板毛坯材料的不连续性和力学各向异性使热压机的自动控制系统的补偿变得复杂,对不同的材料和不同厚度的规格必须进行不同程度的补偿。如果材料是混合的,而且各种比例是变化的,则使这种补偿变得更加困难。而模糊控制在理论上对控制对象的物理模型和数学模型难以确定的情况时,却呈现了良好的适应性。所以如果把模糊控制引入热压机的比例闭环控制系统中,控制系统的适应性得以拓宽,对人造板热压机控制系统的更新有重要的实际意义。 所谓模糊控制,就是在控制方法上应用模糊集理论、模糊语言变量及模糊逻辑推理的知识来模拟人的模糊思维方法,主要依据人工操作员的经验,用计算机实现与操作者相同的控制。它具有以下特点: (1)不需已知被控对象的精确数学模型,一般只需提供现场操作人员的经验知识及操作数据。这样,对一些复杂的系统,如电液伺服系统,因难以建立精确数学模型,故不宜用经典或现代控制方法,更适用于采用模糊控制。 (2)控制规则用语言变量表达,代替常规的数学变量,用简单的软硬件即可实现,较易建立语言变量规则,同时易于实现实时控制,控制方法简单。 (3)控制系统的鲁棒性强,对过程参数的变化很不敏感,尤其适于时变的、非线性及滞后系统。另外,对于滞后系统能对纯滞后给予补偿。 (4)模糊控制推理采用“不精确推理”。推理过程模仿人的思维过程,由于介入了人类的经验,因而能够处理复杂甚至“病态’’的系统。 通过对中外资料的查询,了解到在各行业中应用模糊控制的文章太多,但结合实际应用的却有限,尤其对于人造板热压机控制系统为对象的十分稀少,主要是以单片机为主,来研究一些模糊仿真算法;而以实际系统为基本模式,基于PLC的模糊控制的参考文献十分罕见。所以本研究在吸收借鉴前人成果的基础上,综合标准PID控制算法和模糊控制的优点,进而提出了一种基于模糊PID控制模式。其主要研究内容是以实际应用的PLC为模糊控制器主体,以现代热压工艺为依据,以电液比例控制系统为驱动控制机构来研究模糊PID控制的实际应用问题。整个系统的研究方法采取理论和实际相结合。理论主要以计算机仿真为主,实际研究在实验热压机或模拟实验热压机上进行。根据研究内容的三大部分,逐次实验,逐步仿真,应用理论指导研究,应用实验结果修正理论。 首先深入分析热压系统的基本工作原理,在我院新购进的YYSYT-001开放式液压综合实验台上搭建模拟实验热压机的电液比例闭环控制系统。然后,在该实验系统上通过对不同的PID参数的搭配,做了大量的实验,总结出在各种PID参数搭配的情况下,控制系统所呈现出不同的控制品质。并用PCAccess通讯控件在Eexcel上开发新的监控界面,记录PID实验中输入输出的模拟量过程值,求得系统PID过程变化瞬态图并以此观察系统的偏差及偏差变化情况。根据这些记录的数据和曲线所呈现的不同的表现,归纳总结后求得三个PID控制参数的模糊控制规则,进而建立各PID参数完整的模糊控制规则表。最后,把模糊专家系统以及PID控制器结合起来,利用模糊专家系统的知识来修正PID参数,改变PID控制方式以期达到最佳的控制效果。 由于在电液比例闭环控制中,系统的超调和振荡往往是在空载时最大。这是因为随着毛坯压缩,反力增大,使比例阀的进出口压差减小,形成负载越大,比例阀压差越小,速度越慢,超调越小。所以本文在电液比例控制系统的空载下研究模糊PID控制方法,并通过反复实验,对系统进行多次修正、完善。最后,上述实践的基础上,提出了一种热压机电液比例闭环控制系统新型模糊PID控制模式。
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