基于PLC的模糊参数自整定温度控制系统研究

1、 您的论文得到两院院士关注文章编号：（）控制系统基于的模糊参数自整定温度控制系统研究（中南大学）李建平王晓冲谢敬华摘要：针对铝箔退火过程中炉温大滞后和大惯性等特点，提出了一种基于的模糊参数自整定控制算法。本论控文利用中的指针寻址查表方法实现在线查询功能，使得控制算法简单明了。结果表明：该系统具有较高的稳定性、制精度和品质。关键词：控制；模糊参数自整定；中图分类号：文献标识码：，：；近年来，模糊控制在国内得到了广泛的应用，然而在模糊单片控制应用领域，其模糊控制器基本上都是由个人计算机、机或专用模糊控制芯片实现的。模糊控制在上的实现方式基本分为两种：一种是通过专用的硬件实现，但其价格昂贵，并且需要

2、使用专用编程设备，通用性差；另一种实际采用较多的是通过软件实现，把模糊控制程序作为整个控制程序的一模糊推理和控制信号输出，通过中个子程序，包括数据的读取、断调用子程序完成模糊控制。目前对于温度的控制大多是采用这种方法简单，便与实现，但是参数整定比较困难，在控制。实际中我们往往是根据经验来手动设定参数，且一组整定的参数不能完全适应不同的退火工艺要求，还易产生较大的超调。本研究针对退火过程中出现的升温速度慢、超调量大、控制精度不高等现象，利用编程软件，采用模块化编程方法，使用梯形图及语句表编制程序实现模糊控制算法，对标准的控制模块中的、和进行模糊参数自整定，以达到良好的控制效果和良好的稳定性。主站

3、从站接口，可用于建立分布式结构和根据系统要求，主站扩展了一个数字量输入大规模的配置。模块、两个数字量输出模块和一个模拟量输出模块，用来控制风机的转速和温度控制。在从站中配置了开关量输入模块和输出模块和模拟量输入模块，用来控制炉门的升降、炉门气缸的动作、炉门安全销的动作、炉体上各种仪表或传感器的检测以及采集炉气温度和料温。技术创新控制系统结构和设计思想对于象退火炉这样的大滞后、大惯性和时变性的温度控制系统，采用传统的控制，同一组控制参数很难兼顾不同退火工艺的控制要求，控制的超调大，调节时间长，控制效果较差。为了降低超调量，提高控制精度，采用模糊推理，实现对参数、适应性强、和的在线自整定。使其具有

4、鲁棒性强、控制精度高等特点。控制系统结构控制系统结构主要由参数可调整和模糊调节器两部分组成。如图所示。铝箔退火炉温度控制系统的基本结构该温度控制系统主要由和人机界面构成。人机界面完成智能化的后台管理、各种退火参数的设定及退火状况的监视和报警。由，数字量输入模块数字量输出模块、模拟量输入模块和模、拟量输出模块组成的主要完成系统中各种信号的采集、设定参数的处理、各个电机的控制和温度的控制。由于在退火炉与控制室之间大约有米的距离，因此本系统选用了带从站功能的，其具有大中规模的程序容量，对二进制和浮点数有较高的处理性能，有两个李建平：教授博士基金项目：国家十一五项目（）国家教育部留学回国人员基金资助项

5、目（）技术应用例图控制系统原理由参数可调节来完成对温度系统的控制，模糊调节器实现对的个参数的自动校正。数字控制的位置式算法为：（）式中：为比例系数；（）为控制器的输出；（）为偏差值；为采样周期；为积分时间；为微分时间。控制模块中，、分别对应于输入参数、。：元年控制系统中文核心期刊微计算机信息（测控自动化）年第卷第期地址为，依次为、（的规则数是）。如采用常规的判断语句的查表方法，将会使程序语句多而繁琐，因此采用中的指针寻址查表方法。为了简化设计，将输入模糊论域的元素均增加，即转化为，。参数自整定模糊控制器的设计根据系统的要求，用于参数自整定的模糊控制器采用二输入三输出的形式，以系统误差和误差变化

6、为输入语言变量，以、和为输出语言变量。输入和的模糊集均取为；输出、和的模糊集均取为和的论域取为，；、和的论域取为，考虑到的性能，、和的隶属函数均取三角函数形式。根据上述参数的整定原则以及对退火炉控制过程中现场参数调节的经验可得模糊调节规则如表所示。表模糊控制规则技术创新表中的模糊控制器的可以写成下列条件语句形式，即、（，）其中、和是分别是语言变量，在其论域、上的语言变量值，所有规则组合在一起构成了规则库。设已知模糊控制器的输入模糊量是且是，则根据模糊控制规则进行近似推理，可得出模糊量（用模糊量表示）为图模糊控制算法流程图控制量的基址为，偏移地址为×（×），由，可运算“”采用

7、求交（取小）方法；合成运算采用最大最小方法，蕴含运算采用方法。根据输入量和模糊量化后得到的，可算出相应得，对，中元素所有组合全部计算出相应的的输出值，可以方便地得到模糊输出的模糊控制查询表。以确定控制量的绝对地址为×（×），通过指针变量获得地址中存储的的模糊值。以下给出主要程序的部分示例：循环中断组织块：每隔调用实现模糊参数自整定，：模糊控制器的程序设计程序设计流程图模糊控制策略程序设计流程如图所示。模糊控制器程序设计设计思路的编程系统提供了丰富的功能模块，为模糊控制算法的实现提供了方便。主循环程序模块：所对应共享数据块的比例增益输入实现对功能和功能块的调用以及信号和数据的

8、传递。考虑到退火炉炉内空间大，温度在较短的时间内基本上无显著变化，循环中断组织块选择时间间隔为的。功能块为模糊控制器，完成整个模糊控制功能。与之相对应的背景数据块为，主要存储量化因子及目标温度，测量温度等其他的参数。由功能四个子程序组成。其中完成和的计算；进行模糊化处理；实现模糊控制表的查询功能；完成、和的清晰化处理。：所对应共享数据块的积分时间输入：所对应共享数据块的微分时间输入功能：实现模糊控制量的查询功能输入变量中存放的绝对地址临时变量现场总线技术应用例模糊控制查询表程序设计在图程序流程图中，核心即为模糊控制查询表的查询程序。模糊控制表中的模糊控制量按照先行后列，由左向右的访问方式顺序存

9、储到数据块中。数据类型为整型（）。首元： 您的论文得到两院院士关注控制系统谢敬华通讯地址：（湖南省长沙市中南大学机电工程学院）王晓冲（收稿日期：）（修稿日期：）将的值存入最后由实现控制量、和的清晰化转换，将最终计算结果送到中对应的参数中。通过，输出控制量送到模拟量输出模块实现控制作用。实际应用将本控制系统应用于某铝业公司的吨铝箔退火炉的温度控制系统中，实测数据表明模糊参数自整定控制较常规的控制有更好的控制效果。图是退火过程中温度的变化曲线。设定保温温度为，分别采用两种不同的控制方式。从图中可以看出，模糊参数自整定控制的超调量比常规控制降低，上升时间缩短。模糊参数自整定控制的动态和静态特性全面改

10、善，表现出良好的鲁棒性。（上接第页）不仅检测结果准确可靠，而且具有监测、记录、报警和故障排除的功能，同时实时性和精度符合铁道部部颁标准，目前该装置已经通过鉴定，可以从技术上确保了机车的安全稳定运行，具有较好的经济效益和应用前景。项目的经济效益：经过广泛调研，发现单以准高速客车为例，如果制动系统出现故障，甩车一天修理，仅就一辆客车计算，满员人，以一天个单程，的上座率，每人次元票费，检修费元计算，直接损失就高达万元，若采用本系统，就能及时地发现行车时制动系统发生的故障，并报警排除，极大程度地减少故障发生率，因此可以产生较高的经济效益。本文作者创新点：本文提出一种采用单片机为核心控制器的新图常规和模

11、糊参数自整定控制运行结果比较技自动排除故障。术采集、存储、分析，而且可以及时发现故障隐患、该系统作为河北工业大学科研课题“制控系统监控装置研究”（项目编号）的研究成果，已经通过鉴定，系统的实时性和创精度均达到铁道行业标准。该系统的研制成功填补了制动机故障监控装置设计的空白，在技术上确保机车的安全稳定运行，具新型列车制动故障监控系统，不但能对制动系统进行实时监测、对制动故障进行报警，对列车制动系统长期运行的状态数据进行有很好的社会经济效益和应用前景。结论基于实现参数的模糊自整定，既保留了灵活性等特点，又提高了控制的智能化程控制的可靠性、度，取得了令人满意的的效果。对于那些大时滞、大惯性、难以建立

12、精确数学模型的控制对象，基于的模糊控制方法不失为一种较理想的方案。本文作者创新点：利用中的指针寻址查表方法实现在线查询功能，既节省了计算时间，又使得控制算法简单明了。对于那些大时滞、大惯性、难以建立精确数学模型的控制对象，基于的模糊控制方法不失为一种较理想的方案。参考文献廖常初应用技术北京：机械工业出版社，李国勇智能控制及其实现北京：电子工业出版社，神经网络和智能控制哈尔滨：哈尔滨工业李士勇模糊控制出版社，谢阅，刘书平，王晓东，在垃圾场膜污水处理系统中的应用，微计算机信息，：。作者简介：李建平（），汉，男，湖南长沙人，中南大学机电工程学院教授，博士，主要研究方向：机械电子工程；王晓冲（），男，湖南衡阳人，硕士研究生，主要研究方向：机械电子工程；谢敬华（），男，中南大学机电工程学院讲师，博士。：，：（湖南长沙市中南大学机电工程学院）李建平王晓冲技术应用例参考文献施国君高速单片机原理及应用北潘琢金，京航空航天大学出版社，周游基于自适应控制的多孔陶瓷透气度测试系刘教瑜，统的设计微计算机信息，：陈亭志，莫易敏机车单元制动器工况监测系统的研余先涛，制，内燃机车，：，何立民系列单片机系统设计