造紙機(jī)模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、造紙機(jī)模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工藝介紹v打漿車間送來的濃紙漿在混合箱與白水混合稀釋后形成稀紙漿，經(jīng)過除砂裝置去除漿料中的塵埃和漿團(tuán)，通過網(wǎng)前箱流布在銅網(wǎng)上。紙漿在銅網(wǎng)上經(jīng)自然濾水，形成濕紙頁(yè)，經(jīng)壓榨部脫水后，連續(xù)經(jīng)過兩組烘缸干燥，最后經(jīng)壓光作為成品紙，上卷筒卷取，其工藝流程圖如下所示v造紙機(jī)工藝流程圖v成紙水分含量是紙業(yè)最重要的質(zhì)量指標(biāo)之一。水分過高，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)氣泡，水斑等紙病,而過低則會(huì)導(dǎo)致紙頁(yè)發(fā)脆，易斷，同時(shí)還會(huì)多用蒸汽，使耗能增加v在長(zhǎng)達(dá)數(shù)十米的紙機(jī)流程中，影響成紙水分的因素很多，其中最主要的是濕紙頁(yè)在烘干的熱傳遞情況和成紙定量水分的耦合。由于蒸汽壓力時(shí)可測(cè)的，一般將它視為紙水分的控制變量。v

2、烘干部有3組共20多只直徑1m左右的烘缸，要以定量關(guān)系式準(zhǔn)確地描述紙頁(yè)在烘干過程中的機(jī)理是十分困難的，因此，采用模糊控制器控制成紙水分較為合適可行v模糊控制器的設(shè)計(jì)v模糊控制器的設(shè)計(jì)通常可分為離線設(shè)計(jì)和在線設(shè)計(jì)，離線設(shè)計(jì)就是根據(jù)操作人員的先驗(yàn)知識(shí)，確定模糊控制規(guī)則到生成模糊控制查詢表的完整過程。它包括輸入量量化，確定模糊子集和模糊關(guān)系矩陣，進(jìn)行模糊判決，并建立控制輸出查詢表等內(nèi)容。v關(guān)于成紙水分控制的先驗(yàn)知識(shí)可定性歸納為：v1 如果水分低于給定值，就減少進(jìn)入烘缸的蒸汽，降低烘缸溫度，使水分值升高，反之，則增加蒸汽量，使水分值降低。v2 如果水分偏離給定值較小，只需調(diào)節(jié)2段蒸汽量，但在偏離較大時(shí)

3、應(yīng)同時(shí)調(diào)節(jié)1,2兩段的蒸汽量v3 由于烘缸升溫快而降溫較慢，故在調(diào)節(jié)時(shí)關(guān)汽應(yīng)快些v（1）量化v設(shè)e和ec分別代表偏差和偏差變化率，其基本論域?yàn)関將其基本論域量化為v ,maxmineeE ,maxminececEC ,121pxxxXE,221pyyyYECv（2）確定模糊子集v得到量化論域后，對(duì)各變量定義模糊子集。令v式中， 和 分別為X，Y的模糊子集，可用語言變量PB,PM,NM,NB等表示。對(duì)各模糊子集確定量化論域中各元素的隸屬函數(shù)可得到隸屬函數(shù)表。v設(shè) , 分別為1，2段蒸汽的控制量，相應(yīng)的論域?yàn)関 ), 2, 1(), 2, 1(,mjjniiBYAX111kCZ 222kCZ 11

4、, 2 , 1lk22, 2 , 1lkiAjB1Z2Zv（3）確定模糊關(guān)系與控制輸出模糊子集v根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定一組模糊控制規(guī)則為vIf and then and 其模糊關(guān)系為當(dāng)給定x=, y= 時(shí)，則由模糊合成規(guī)則推理得到v（4）進(jìn)行模糊判決，并生成控制輸出查詢表iAjBijC1ijC2jiijjiCBAR,11jiijjiCBAR,22iAjB11RBACjiij22RBACjiij模糊控制器的在線實(shí)現(xiàn)v在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，令Xxx,6, 5, 5, 6Yyy,6, 5, 5, 6111,4, 3, 3, 4Zzz222,7, 6, 6, 7Zzz 對(duì) 的隸屬度函數(shù)-6-5-4-3-2-101

5、23456PB0.10.40.81.0PM0.20.71.00.2PS0.30.81.00.50.1ZO0.10.61.00.60.1NS0.10.51.00.80.3NM0.20.71.00.70.2NB1.00.80.40.1 xiAiAixv并根據(jù)給出的合成推理規(guī)則進(jìn)行推理運(yùn)算，最后又最大隸屬度函數(shù)判決原則，可得到供模糊控制器動(dòng)態(tài)控制時(shí)控制表如下表所示v這是假設(shè)只有2段蒸汽的情況下得到的，要將它用于有兩段蒸汽的情況，必須經(jīng)過變換。取v則8 . 0, 7 . 0, 5 . 022211211zz2212zz2222zz02z02z模糊控制表-6-5-4-3-2-10123456-67766

6、444211000-57766444211000-47766444221100-36666555220-2-2-2-2666644100-3-4-4-4-166664410-3-3-4-4-406666410-1-4-6-6-6-614443-10-1-4-4-6-6-6-62444200-1-4-4-6-6-6-63222000-1-3-3-6-6-6-64000-1-1-3-4-4-4-6-6-7-75000-1-1-2-4-4-4-6-6-7-76000-1-1-1-4-4-4-6-6-7-7ixiyiz2 v在小偏差時(shí)，為消除余差，應(yīng)考慮積分作用。整個(gè)成紙水分模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示

7、v硬件實(shí)現(xiàn)v其實(shí)現(xiàn)有多種形式，在此我們僅討論模糊控制如何在PLC上實(shí)現(xiàn)的v首先將求得的量化因子，比例因子等參數(shù)置入PLC中，v采集到的變量誤差e誤差變化率ec置入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū),先經(jīng)過限輻處理,再按給定量化因子量化,并對(duì)應(yīng)到模糊集論域中的相應(yīng)元素, v由此查詢模糊控制表 根據(jù)離線計(jì)算好的模糊控制表可得到控制輸出量u,再乘以相應(yīng)量化因子即可得到當(dāng)前控制量的實(shí)際值 其控制流程圖如下所示流程圖開始置量化因子及論域上下限到保持繼電器置e,ec到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)采樣時(shí)間到？e,ec是否越限？量化輸入量并保存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)查表并求U值量化U得出實(shí)際輸出值u輸出控制結(jié)束令越限變量為其上下限NYYNMatlab仿真結(jié)果如下：v1：仿真結(jié)構(gòu)圖v2：仿真結(jié)果圖結(jié) 論 在此，我們?nèi)∫粋€(gè)近似的對(duì)象傳遞函數(shù)進(jìn)行仿真，由結(jié)果可以看出模糊控制上升時(shí)間較短，沒有超調(diào)，而且積分部分有效地消除了系統(tǒng)偏差，擁有較好的控制性能。 參考文獻(xiàn)1 劉金琨先進(jìn) PID 控制 MATLAB 仿真（第2版）電子工業(yè)出版社，20042 吳曉莉，林哲輝等M