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淺談模糊控制在排礦閥門控制中的應(yīng)用
摘 要:礦山企業(yè)要達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo),需要對(duì)選礦設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。利用模糊控制系統(tǒng)對(duì)排礦閥門進(jìn)行最佳控制,達(dá)到了上述目的。這種方法不需要對(duì)控制模型進(jìn)行精確的描述,就能很好地解決非線性、大時(shí)滯、變參數(shù)對(duì)象的控制問題,能廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞:PID控制模糊控制單片機(jī)
中圖分類號(hào):TP273.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-9416(2011)03-0015-01
選礦廠要調(diào)整精礦排礦閥門(膠堆、閘門)閥位的大小,以便相對(duì)保證精礦品位和金屬回收率的最佳值。在生產(chǎn)實(shí)踐中, 而當(dāng)給礦量等指標(biāo)變化頻繁時(shí),磁選機(jī)選別指標(biāo)則急劇惡化進(jìn)而影晌到選別作業(yè)給礦的穩(wěn)定。隨著模糊控制理論的成熟,我們?cè)谠刂葡到y(tǒng)的基礎(chǔ)上加入模糊控制器提高控制精度,達(dá)到節(jié)能減排效果。
1、模糊PID控制原理
1.1 PID控制原理技術(shù)介紹
在工程實(shí)際中,應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制,簡(jiǎn)稱PID控制,又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史,它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí),控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí),系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定,這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象,或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí),最適合用PID控制技術(shù)。PID控制,實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的,PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多,概括起來有兩大類:一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用,還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法,它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn),直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行,且方法簡(jiǎn)單、易于掌握,在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法,主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn), 其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn),然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù),都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。
1.2 模糊PID控制原理介紹
所謂模糊PID控制控制器,即利用模糊邏輯算法并根據(jù)一定的模糊規(guī)則對(duì)PID控制的比例、積分、微分系數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化,已達(dá)到較為理想的控制效果。模糊 PID控制共包括參數(shù)模糊化、模糊規(guī)則推理、參數(shù)解模糊、模糊PID控制器等幾個(gè)重要組成部分。計(jì)算機(jī)根據(jù)所設(shè)定的輸入和反饋信號(hào),計(jì)算實(shí)際位置和理論位置的偏差e以及當(dāng)前的偏差變化ec,并根據(jù)模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理,最后對(duì)模糊參數(shù)進(jìn)行解模糊,輸出模PID控制器的比例、積分、微分系數(shù)。
模糊控制理論提供了一種以計(jì)算機(jī)構(gòu)成的模糊控制器為核心、以模擬人腦思維方式為基本出發(fā)點(diǎn)的反饋控制方法。這種方法不需要對(duì)控制模型進(jìn)行精確的描述,就能很好地解決非線性、大時(shí)滯、變參數(shù)對(duì)象的控制問題,能廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)。模糊反饋控制系統(tǒng)和常見的負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有相似的結(jié)構(gòu),唯一不同之處是控制裝置由模糊控制器來實(shí)現(xiàn)(見圖1)。模糊自調(diào)整PID控制器是一種在常規(guī)PID調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上,應(yīng)用模糊集合理論,根據(jù)控制偏差絕對(duì)值、偏差變化率絕對(duì)值,在線自動(dòng)調(diào)整比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki和微分系數(shù)Kd的控制器。
2、電路設(shè)計(jì)
2.1 單片機(jī)
單片機(jī)的顯著特點(diǎn)是面向控制,適用于工業(yè)應(yīng)用環(huán)境,可靠性高且價(jià)格低,因此廣泛應(yīng)用于檢測(cè)及控制系統(tǒng)中。單片機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心器件,磁選機(jī)控制系統(tǒng)的CPU采C8051F022器件是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)MCU芯片。C8051單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 C8051單片機(jī)在磁選機(jī)控制系統(tǒng)一方面接收由霍爾傳感器采集的鐵礦粒的濃度信號(hào)、并對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析比較。另一方面根據(jù)比較信息去控制電機(jī)模塊帶動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn),電機(jī)控制閥門抬升或下降,控制排料的多少。
2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)介紹
控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、電機(jī)控制模塊、電機(jī)、手輪、絲杠、閥門組成。單片機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)經(jīng)抗干擾能力強(qiáng)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為電平信號(hào),該信號(hào)控制電機(jī)模塊帶動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。電機(jī)接線方式為星接,功率為1.5kw,足以滿足閥門開啟的動(dòng)力。電機(jī)安裝在磁洗機(jī)上方,電機(jī)工作時(shí)帶動(dòng)手輪順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)開啟閥門。
3、結(jié)語
實(shí)踐證明在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行模糊控制改進(jìn),改善了當(dāng)給礦量等指標(biāo)變化較大時(shí)控制精度不高的缺點(diǎn),達(dá)到較優(yōu)的控制效果,為企業(yè)節(jié)省了大量的資金,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
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[3] 韓志軍,沈晉源,王振波.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)大學(xué)出版,2005.
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