淺談模糊控制在排礦閥門控制中的應用
摘 要:礦山企業要達到節能減排的目標,需要對選礦設備進行改進。利用模糊控制系統對排礦閥門進行最佳控制,達到了上述目的。這種方法不需要對控制模型進行精確的描述,就能很好地解決非線性、大時滯、變參數對象的控制問題,能廣泛應用于各種控制系統。
關鍵詞:PID控制模糊控制單片機
中圖分類號:TP273.4 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2011)03-0015-01
選礦廠要調整精礦排礦閥門(膠堆、閘門)閥位的大小,以便相對保證精礦品位和金屬回收率的最佳值。在生產實踐中, 而當給礦量等指標變化頻繁時,磁選機選別指標則急劇惡化進而影晌到選別作業給礦的穩定。隨著模糊控制理論的成熟,我們在原控制系統的基礎上加入模糊控制器提高控制精度,達到節能減排效果。
1、模糊PID控制原理
1.1 PID控制原理技術介紹
在工程實際中,應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制,簡稱PID控制,又稱PID調節。PID控制器問世至今已有近70年歷史,它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數不能完全掌握,或得不到精確的數學模型時,控制理論的其它技術難以采用時,系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定,這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統和被控對象,或不能通過有效的測量手段來獲得系統參數時,最適合用PID控制技術。PID控制,實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統的誤差,利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的,PID控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數整定的方法很多,概括起來有兩大類:一是理論計算整定法。它主要是依據系統的數學模型,經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用,還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法,它主要依賴工程經驗,直接在控制系統的試驗中進行,且方法簡單、易于掌握,在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數的工程整定方法,主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點, 其共同點都是通過試驗,然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數,都需要在實際運行中進行最后調整與完善。
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一定的模糊規則對PID控制的比例、積分、微分系數進行實時優化,已達到較為理想的控制效果。模糊 PID控制共包括參數模糊化、模糊規則推理、參數解模糊、模糊PID控制器等幾個重要組成部分。計算機根據所設定的輸入和反饋信號,計算實際位置和理論位置的偏差e以及當前的偏差變化ec,并根據模糊規則進行模糊推理,最后對模糊參數進行解模糊,輸出模PID控制器的比例、積分、微分系數。
模糊控制理論提供了一種以計算機構成的模糊控制器為核心、以模擬人腦思維方式為基本出發點的反饋控制方法。這種方法不需要對控制模型進行精確的描述,就能很好地解決非線性、大時滯、變參數對象的控制問題,能廣泛應用于各種控制系統。模糊反饋控制系統和常見的負反饋閉環控制系統具有相似的結構,唯一不同之處是控制裝置由模糊控制器來實現(見圖1)。模糊自調整PID控制器是一種在常規PID調節器的基礎上,應用模糊集合理論,根據控制偏差絕對值、偏差變化率絕對值,在線自動調整比例系數Kp、積分系數Ki和微分系數Kd的控制器。
2、電路設計
2.1 單片機
單片機的顯著特點是面向控制,適用于工業應用環境,可靠性高且價格低,因此廣泛應用于檢測及控制系統中。單片機是整個控制系統的核心器件,磁選機控制系統的CPU采C8051F022器件是完全集成的混合信號系統級MCU芯片。C8051單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。 C8051單片機在磁選機控制系統一方面接收由霍爾傳感器采集的鐵礦粒的濃度信號、并對信號進行分析比較。另一方面根據比較信息去控制電機模塊帶動電機正反轉,電機控制閥門抬升或下降,控制排料的多少。
2.2 執行機構介紹
控制系統的執行機構由單穩態觸發器、電機控制模塊、電機、手輪、絲杠、閥門組成。單片機發出的控制信號經抗干擾能力強的單穩態觸發器轉換為電平信號,該信號控制電機模塊帶動電機正反轉。電機接線方式為星接,功率為1.5kw,足以滿足閥門開啟的動力。電機安裝在磁洗機上方,電機工作時帶動手輪順時針或逆時針旋轉開啟閥門。
3、結語
實踐證明在原有的設備基礎上進行模糊控制改進,改善了當給礦量等指標變化較大時控制精度不高的缺點,達到較優的控制效果,為企業節省了大量的資金,實現節能減排的目標。
參考文獻
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