1、模糊控制技術在煙絲配比控制系統中應用關鍵詞：自動配料核子皮帶秤模糊控制串級控制 控制精度摘要：在卷煙廠核子皮帶秤自動配料應用中，電控系 統大都采用單一 pid控制方案，控制精度較低，批次間控制 精度波動大。通過對各種影響因素的分析，提出了在傳統pid 控制的基礎上引入模糊控制，形成模糊-pid串級控制，改 善了過程的動態特性，提高了系統控制質量，使五絲配比總 體控制精度由2. 5%提高到0. 5%o核子皮帶秤由于其結構簡單，運行穩定，易維護，精度 高等特點，廣泛應用于煙草制絲生產線，在五絲（葉絲、薄 片絲、梗絲、膨脹絲、碎絲）配比應用中，以一臺稱為主稱, 其它稱為從稱，從稱根據工藝要求的配比比

2、例，實時跟蹤主 稱，完成物料的自動配比控制。其控制方案通常采用常規的 pid控制算法，對于固定參數的系統有著較好的調節品質。 但在實際應用中，核子皮帶秤自動配料系統的控制準確度會 受到多個因素的影響，如：物料物理特性、不同規格產品攙 配比例大小、系統多環節傳遞滯后效應、機械震動、給料設 備安裝準確度、料倉結構形狀等，由于這些干擾因素的存在, 往往導致控制結果不夠理想，偏差較大，總體精度低。要消 除系統多種干擾，必須引入新的控制思想。1總體控制方案設計1.1煙絲配比系統概述在五絲配比集控系統中，每臺稱利用編碼器測速，變頻 器調速，核子電離管采集重量信號，所有的計量和控制全部 由一臺plc完成。以

3、其中的梗絲配比為例，以葉絲流量qnl 作為主秤流量，當輸入梗絲配比流量qnp2=k2xqnl （k2為 梗絲配比系數），qnp2與來自梗絲秤的實時流量qn2比較得 到誤差 qn2=qnp2-qn2,通過pid控制器調節變頻器改變梗 絲秤帶速，從而使qn2實時地與qnp2保持一致，達到配比 控制的目的。薄片絲、膨脹煙絲以及碎絲的配比控制過程與 梗絲相同。各個配比通道獨立且協調地工作，從而實現整個 配比集控系統的功能。1.2新控制方案設計根據煙絲配比系統的特點，確定新的控制方案為：在原 有pid架構的基礎上引入模糊控制，形成串級控制，以原pid 控制器為副控制器調節流量，保證實時流量與主稱隨動，以

4、 模糊控制器為主控制器調節比例系數，克服副控制器消除不 了的誤差，保證總體控制精度。系統控制框圖如圖1。該控 制方案的優點：pid調節器控制實時流量，若實時流量控制 理想，外界無干擾，控制精度滿足工藝要求，模糊控制器經 模糊判斷，不進行偏差調節，否則，無論是由pid調節累計 形成的誤差，還是其它干擾引起的總體精度超標，只要經模 糊判斷總體控制精度超差，模糊控制器就會給出相應的對策 以減小誤差，達到提高控制精度的目的。圖1系統控制框圖副調節器沿用原有pid控制，下面就模糊控制方案的實 施進行分析。2模糊控制方案設計2.1模糊控制器設計由于模糊控制器的控制規則是根據專家和操作人員的 控制經驗取得的

5、，模糊控制器的作用就是模仿人工控制，而 用人工控制某一生產過程時，一般操作人員只能觀察到被控 對象的輸出變量的變化率，或者觀察到輸出變量和輸出變量 的總和這兩個狀態，再憑借經驗，就可以對其生產過程進行 控制。在此采用二維控制模型，選取偏差值以及偏差變化率 作為輸入變量，而把控制量作為模糊控制器的輸出變量，確 定二維模糊控制器的基本結構，如圖2所示。x：系統的設定值，是精確量e、c：系統偏差與偏差變化率，均是精確量e、c：經模糊量化處理后，偏差與偏差變化率對應的模 糊量u：模糊量的控制作用u：精確量的控制作用針對本煙絲配比系統，在保留原有pid控制的前提下， 以梗絲稱為例，模糊控制變量應這樣選擇

6、：以理論梗絲累計 量wn2=k2xwl和實際梗絲累計量w2差值e=wn2-w2為偏差, 以e變化率c為另一輸入，以工藝要求控制精度5上下限 所確定的k2變化范圍k21=k2x (1± 8 )為控制量輸出，同 時k21取代原pid控制器k2,作為副調節器給定流量的比例 因子。2.2模糊化根據模糊控制原理，本系統選取七個模糊子集來描述煙 絲累積量偏差e,偏差變化率c和輸出控制量u,七個模糊 子集為：“負大”、“負中”、“負小”、“零”、“正 小”、“正中”、“正大”，分別用英文字母音nb、nm、 ns、zo、ps、pm、pb表示，這樣能滿足模糊集論域中所含的 元素個數為模糊語言詞集總數的

7、兩倍以上，避免出現失控現 象。2.3建立模糊控制規則本系統中，累計量偏差e,偏差變化率c,控制量u的 變量為：nb, nm, ns, no, po, ps, pm, pb ,分 別表示負大、負中、負小、零、正小、正中和正大。根據實 際生產中積累的煙絲配比操作經驗，總結出如下控制規則：首先考慮誤差為負的情況，當誤差為負大的時候，若當 誤差變化為負，這時誤差有增大的趨勢，為盡快消除已有的 負大誤差并抑制誤差變大，所以控制量的變化取正大。當誤 差為負而誤差變化為正時，系統本身己有減少誤差的趨勢， 所以為盡快消除誤差且又不超調，應取較小的控制量。若誤 差變化為正大或正中時，控制量不宜增大，否則造成超調會 產生正誤差，因此這時控制量變化取0等級。當誤差為負 小時，系統接近穩態，若誤差變化為負，選取控制量變化 為正中以抑制誤差往負方向變化；若誤差變化為正，系統本身有趨勢消 除負小的誤差，選取控制量變化為正小即可。上述選取控制量變化的原則是：當誤差大或較大時，選 擇控制量以盡快消除誤差為主，而當誤差小或較小時，選擇 控制量要注意防止超調，以系統的穩定性為主要出發點。3結論引入模糊pid串級控制的核子皮帶秤自動配料系統，改 善了過程的動態特性，提髙了系統控制質量，由于模糊控制 器的快速反應能力，能迅速克服進入系統的二次擾動，對負 荷變化的適應性增強。運行實踐證明，煙絲配