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浅谈模糊控制在排矿阀门控制中的应用
摘 要:矿山企业要达到节能减排的目标,需要对选矿设备进行改进。利用模糊控制系统对排矿阀门进行最佳控制,达到了上述目的。这种方法不需要对控制模型进行精确的描述,就能很好地解决非线性、大时滞、变参数对象的控制问题,能广泛应用于各种控制系统。
关键词:PID控制模糊控制单片机
中图分类号:TP273.4 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2011)03-0015-01
选矿厂要调整精矿排矿阀门(胶堆、闸门)阀位的大小,以便相对保证精矿品位和金属回收率的最佳值。在生产实践中, 而当给矿量等指标变化频繁时,磁选机选别指标则急剧恶化进而影晌到选别作业给矿的稳定。随着模糊控制理论的成熟,我们在原控制系统的基础上加入模糊控制器提高控制精度,达到节能减排效果。
1、模糊PID控制原理
1.1 PID控制原理技术介绍
在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的,PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点, 其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后调整与完善。
1.2 模糊PID控制原理介绍
所谓模糊PID控制控制器,即利用模糊逻辑算法并根据一定的模糊规则对PID控制的比例、积分、微分系数进行实时优化,已达到较为理想的控制效果。模糊 PID控制共包括参数模糊化、模糊规则推理、参数解模糊、模糊PID控制器等几个重要组成部分。计算机根据所设定的输入和反馈信号,计算实际位置和理论位置的偏差e以及当前的偏差变化ec,并根据模糊规则进行模糊推理,最后对模糊参数进行解模糊,输出模PID控制器的比例、积分、微分系数。
模糊控制理论提供了一种以计算机构成的模糊控制器为核心、以模拟人脑思维方式为基本出发点的反馈控制方法。这种方法不需要对控制模型进行精确的描述,就能很好地解决非线性、大时滞、变参数对象的控制问题,能广泛应用于各种控制系统。模糊反馈控制系统和常见的负反馈闭环控制系统具有相似的结构,唯一不同之处是控制装置由模糊控制器来实现(见图1)。模糊自调整PID控制器是一种在常规PID调节器的基础上,应用模糊集合理论,根据控制偏差绝对值、偏差变化率绝对值,在线自动调整比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd的控制器。
2、电路设计
2.1 单片机
单片机的显着特点是面向控制,适用于工业应用环境,可靠性高且价格低,因此广泛应用于检测及控制系统中。单片机是整个控制系统的核心器件,磁选机控制系统的CPU采C8051F022器件是完全集成的混合信号系统级MCU芯片。C8051单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 C8051单片机在磁选机控制系统一方面接收由霍尔传感器采集的铁矿粒的浓度信号、并对信号进行分析比较。另一方面根据比较信息去控制电机模块带动电机正反转,电机控制阀门抬升或下降,控制排料的多少。
2.2 执行机构介绍
控制系统的执行机构由单稳态触发器、电机控制模块、电机、手轮、丝杠、阀门组成。单片机发出的控制信号经抗干扰能力强的单稳态触发器转换为电平信号,该信号控制电机模块带动电机正反转。电机接线方式为星接,功率为1.5kw,足以满足阀门开启的动力。电机安装在磁洗机上方,电机工作时带动手轮顺时针或逆时针旋转开启阀门。
3、结语
实践证明在原有的设备基础上进行模糊控制改进,改善了当给矿量等指标变化较大时控制精度不高的缺点,达到较优的控制效果,为企业节省了大量的资金,实现节能减排的目标。
参考文献
[1] 黄俊年,王立.浅析PID控制原理及应用.硅谷,2010.12.
[2] 倪忠远.自整定PID-Fussy控制器在炉温控制中的应用.自动化与仪器仪表,1996年30~40.
[3] 韩志军,沈晋源,王振波.单片机应用系统设计.机械工业大学出版,2005.
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