自动砌块砖机电控系统的研究

- I - 摘 要 随着黏土烧结砖逐渐退出历史舞台，混凝土砌块取而代之，成为墙体材料中的主流。但是，目前国内大多数厂家生产的砌块砖机成型不规则，振动压实度不好。国外进口设备价格昂贵维修困难，不是很理想。因此，国内市场现在需要一种振动成型好，符合中国市场情况的自动成型生产设备。 本文详细分析了现在阶段市场情况，在仔细研究了压制成型工艺的基础之上，将机电液技术结合起来， 采用 为下位机来控制设备运行并实时采集系统状态信息传送给触摸屏，通过触摸屏编程技术，来完成对设备整体进行控制和监测，并尝试着将模糊 制方法引入到控制系统中，提高自动化程度。通过仿真比较出其可行性和优越性，使振动压制成型效果更加理想，砌块砖体密实度更好。 关键词： 节能环保；砌块砖机；自动控制；模糊 - of to be in of is is to a is at of on of of it LC to to of to ID is to to of By it of - 目 录 摘 要 . I. 绪论 . 1选题背景及意义 . 1国内外研究现状及发展趋势 . 1论文组织结构 . 32 自动砌块砖机系统工作原理 . 4自动砌块砖机压砖生产过程概述 . 4砌块机主机结构及工作原理 . 6主机结构组成 . 6砌块砖机压实原理 . 7砌块砖机液压部分工作原理 . 8液压系统介绍与分析 . 8液压系统的特点 . 9液压部分组成及工作原理 . 103 液压系统中控制算法理论实现 . 14制概述及原理 . 14模糊控制理论概述 . 16模糊控制器结构分析 . 16模糊控制系统选择语言变量分档词集 . 18模糊论域的分级选取 . 18确定量化因子 . 19确定语言变量值隶属度函数 . 19模糊控制规则及算法的确定 . 20模糊控制规则形式 . 20算法结构 . 21 - 模糊决策和判决 . 22比例因子及清晰量精确化 . 23模糊 制参数的确定 . 23仿真研究 . 254 系统硬件部分设计 . 30制系统设计及原则 . 30统硬件部分设计与选型 . 30控制系统 I/O 点统计及分析 . 30机及扩展模块选型 . 32传感器选型 . 34触摸屏选型 . 35控制台布局及功能分析 . 365 系统软件部分设计 . 37触摸屏程序设计 . 37序设计 . 406 抗干扰设计及故障问题解决 . 48抗干扰设计 . 48实验时遇到电气故障及排除方法 . 48使用时的几点注意事项 . 49结 论 . 51参 考 文 献 . 52附录 A 现场图片 . 54作 者 简 历 . 57学位论文原创性声明 . 58学位论文数据集 . 59 - 1 - 1 绪论 选题背景及意义 房地产业近几年在中国飞速发展，成为中国经济增长的亮点之一，但是，随着建筑工程量越来越大，所需要的建筑材料也越来越多，其中，必不可少的原料就是砖。秦砖汉瓦在中国有着悠久的历史意义和传承，但是，随着人民环保和土地资源的日益紧张，人们逐渐意识到，过去那种烧结砖瓦带来的土地资源的大量浪费和周围生态环境的重度破坏，不是可持续发展道路的选择，因此，如何能找到对环境污染小而且不破坏土地资源的绿色环保型砖瓦就成为了人民探求的主题，随着探索的深入，人们发现，以其他行业的废料如矿渣、煤渣、粉煤灰等等为主料，加入一定的添加剂水泥等等做出的免烧结的成型砌块砖正好符合时代的需求，不但可以代替黏土烧结砖在建筑上大量使用，而且，不用再去采挖自然泥土，保护了土地资源，减少了对环境的破坏，并将其他行业的废料充分利用，变废为宝，节约了成本，提高了效益，而且压制出来的免烧砌块砖抗压能力和强度都非常的好，起到一举多得的效果。因此，国内外都积极发展这个新型的绿色建设材料。实心黏土烧结砖应用不如以往那样广泛，逐步退出历史的发展，淡出人们视野，取而代之的是新型的墙体材料。随之而来的是新型墙体材料所带来的商机，各种样式的新型砌块砖应运而生，生产企业不断壮大， 市场需求也不断扩张， 与此相伴的是砌块砖生产产业链条也不断的加大，砌块砖机技术的更新。所以怎样能使压制的砌块速度更快，质量更好也就是目前摆在面前急需解决的问题，抓住这个商机，不断的推出更加节能环保的新型的砌块砖机，不但可以把握市场主体，使企业收到更多的利润，更是为墙体材料结构调整，加快墙体材料产业的发展从而能更好的保护土地资源和环境资源，为后世的发展保留了资源，为节约型社会的建设提供一个新的发展角度。 国内外研究现状及发展趋势 二战以后，压砖机械在国外迅猛的发展，取得了不非常不错的成绩， 德国、美国、意大利、日本等国家的一些机械制造厂商不断推陈出新，不断研发制造出了一大批功能日益完善，效率不断提升的高性能的自动化砌块砖机，其中主要生产厂商有美国的 司欧洲德国的 司意大利的 日本的虎牌等，他们的机器普遍具有性能可靠，自动化程度比较高，压制出来的砌块耐压程度高，质量稳定，而且生产速率比较快的特点。但是，对应的是，国外厂商生产的自动化砌块生产线价格昂贵，投资成本高昂，利润回报率却很难达到预期效果，而且售后服务不是十分的便利有效，有 - 2 - 很多机器，有了故障，就堆积在仓库存放，维修人员很难配备到位，不适合我国的大多数生产厂家的引进和使用1。因此，国内砌块生产设备市场迫切需要研制一种适合中国国情拥有先进技术、价格比较低廉、生产效率高有一定档次的砌块生产设备，这样不仅能降低成本，而且售后维修方便快捷，使用户投资风险降低，满足市场灵活变化的需求。国内的砌块生产技术开始于 20 世纪 60 年代，其中经历了几个不同的发展阶段2。在几家大型生产设备制造商和有关研究院所的努力下，陆续研制出台式振动、模箱振动、台模共振等不同振动模式的固定式设备、移动式设备等多种样式规格的成型设备。技术先进的设备和控制系统能为砌块的生产提供高效的生产效率，使成型砌块的外观更加整洁规格，成型的砌块密实度更好，质量更加。 从目前的情况来看，国内外砌块砖机生产设备的研制取得了很大的进步，生产的数字化智能化不断提高，节约了人工，提高了效率，但是，在实际生产运用中还有这样或是那样的问题，比如机组的振动不均匀，振动传递过程中受到影响，有一定的衰减，均匀性差却难以正确调整3。布料不均匀，使压制出的砌块少边丢角还有砌块砖机的自动生产缺少柔性、集成化和智能管控一体化的成套设备。所以，砌块砖机的未来发展前景依然十分广阔，提升空间还很大，未来的主要的发展趋势有： （ 1）在引进国外发达先进的砌块生产设备的同时，注意研究消化和吸收里面的技术关键点，来提高我们的生产技术水平，研制出符合我国生产特点具有独立知识产权的新型高智能化的现代生产制造设备，使系统性能更加可靠，生产效率更高，故障率更低。 （ 2）将砌块成型机的控制系统不断的升级更新，将可靠先进的 制系统和触摸屏控制技术应用到设备生产中来，结合现代电子技术中的电液比例控制把机、电、液充分结合起来，使操作系统更加的方便，自动化程度更高。把系统信息同步传送给触摸屏控制系统，使操作人员可以随时监控设备的运行状态，并进行操作，能快速处理突发故障，使系统简单快捷，容易操作和快速排除故障，保证生产的连续性和稳定性。 （ 3）在控制水平达到一定的程度后，在振动系统和布料系统功能不断完善的基础上，可以试着生产更大吨位的生产机器，扩宽台面，增加每次砖坯压制的数量，改变单机的生产效率，从而增加企业的收益。 （ 4）在保证砌块生产的正常可靠运行的前提下，降低对工人技术和劳动强度的要求，将智能控制更多的引进控制系统，根据对象属 性的不同自动调节生产加工的工艺参数设置，使设备运行和管理更加智能化，并且可以引进网络化控制技术，通过网络对用户实行监控和提供远程诊断维护帮助，能为用户提供优良的技术支持服务，保证用户生产的连续可靠安全4。 - 3 - 论文组织结构 本文以砌块自动控制系统为研究对象，将全文分为六章，各章节内容安排如下： 第一章：简要介绍本论文研究的背景和意义，并且在收集国内外生产发展资料的基础上，加以研究，分析出现有设备的优缺点和未来的发展方向。 第二章：对免烧自动砌块砖机的设计方案进行了论证研究，分析控制机理，采集控制信息和满足性能需求，给出总体设计方案。 第三章：在详细分析了控制方法和控制方式之后，提出了适合本系统的控制算法，并且针对这种算法进行了建模仿真，从仿真结果中得到了将算法应用在本控制系统中所带来的先进之处。 第四章：对免烧自动砌块砖机控制系统的硬件部分进行研究介绍。 第五章： 详细的对控制系统所涉及到的 触摸屏系统的软件设计部分进行研究介绍。 第六章：针对在设计和实际应用中出现的各种干扰问题，进行了分析和解决对策的研究，增强了抗干扰能力，得到良好的实验效果。 - 4 - 2 自动砌块砖机系统工作原理 自动砌块砖机压砖生产过 程概述 图 生产过程 泥通过泵车将水泥储存在水泥仓中， 当开始压砖工作时， 水泥仓通过自动称重系统，按要求的配比落下一定量的水泥，然后通过螺旋输送机把水泥输送到混合搅拌机中等待混合，此时，砂石和炉渣也通过计量系统，落下配比需要的量，通过自动配料机后送到搅拌机中和水泥混合，注入一定量的水，当料全部进入混合搅拌机时，在搅拌机的充分搅拌下混合拌匀，搅拌结束后通过皮带输送机送入砌块成型主机上方的储料斗中，等待成型机开始压砖5。送板机和液压泵站开始工作，把托板送给主机，到达指定振动台的位置，储料斗中的料送给布料箱， 布料箱将搅拌好的料送入模箱上方， 通过液压马达转动带动偏心轴，开始预镇下料，同时料箱中的耙料齿通过转动加强填料度，布料结束后，布料箱退回，同时刮去模箱上多余的料。然后，压头由上而下落置模箱上，同时保持振动持续，混合物料被振动压实，成型压制过程结束后，模头不动，模箱向上脱模，直至砌块完全脱离模箱后模头向上，接着托板供给器向前，往振动台上供应托板，同时将已经压制成型的砌块连同托板一起推到链式输送机上，由链式输送机输送给叠板机，叠板机将托板和砌块叠层，然 - 5 - 后由叉车拉入砌块场地进行晾晒或是养生，或是由窑车拉入养护窑中，进行养护，其生产过程流程图如图 示： 图 产过程流程图 of - 6 - 砌块机主机结构及工作原理 主机结构组成 图 体结构图 he 新型砌块砖机，主体部分主要是由机体部分、送料部分、托板供给机构、压实部分、振动成型部分、出砖部分等构成，该设备能压制不同规格要求的砖型，效率高，成砖破损率低等优点。其中，机体部分主要是由横梁、 立柱、和底座等部分构成砖机主体骨架。底 - 7 - 座支撑着砖机的横梁和立柱，横梁和立柱连为一体，起到了砖机很好的承重部分，其中，立柱是起到为压砖机头等移动部分移动的导向作用，因此，也叫做导向柱，移动部分可以在液压缸的驱动下沿着导向柱流畅迅速地做来回往复运动。 送料部分主要是输送带向布料斗输送搅拌 均匀的原料，然后布料斗里的料落入布料箱，当料碰到布料箱内的料位器后，布料斗停止布料，然后布料箱在液压缸的驱动下，通过底部的槽轮在导轨上做来回直线往复定位运动，并由限位开关和液压缸的精确控制来保证布料箱的快速精确定位， 在移动过程中， 布料箱上的橡胶挂刷将压头上沾的料刮刷干净，以便成型的时候压头不会粘连多余的料，影响成型效果，同时布料箱上的电机会带动布料箱内的耙料齿转动，使布料箱内的料能更加迅速均匀的布到模箱里去。 托板供给机构位于主机的中后部分， 主要由托板仓、 推托板小车和推进液压缸等组成，当成型机的模箱脱模完成后，在液压缸的驱动下推托板小车向前方运动，小车上的棘爪将托板仓内最下面的一块托板沿着轨道向着振动台的方向向前推动，同时，将轨道上的托板一齐向前推进，最前面一块在振动台上已经拖着成型砌块的托板顶到链式输送机上，托板到位后，液压缸拉动小车退回原位，准备下一次托板的推送。 压实部分主要是由压头、液压吊缸、导柱等构成，在压实过程中，压头在液压吊缸的驱动下，压到模箱上，与模箱结合在一起， 在振动的过程中，振动压实，俩个液压吊缸带动振动压实器沿着导柱来回运动，配合振动系统，可以对模箱内的料进行振动压实成型。 振动成型部分主要是由液压振动马达、三角带及皮带轮、振动平台、砌块模具等元件构成。采用液压振动马达驱动，使一对振动轴可以做定向垂直振动，振动功率大，和压实系统配合起来，砌块成型制品密实度好。压头在液压吊缸的推动下，沿着导柱向下，落在模箱上，此时振动台振动，压头始终在振动中向下压住砌块上部，待高度螺栓传感器闭合后，振动延时一会停止振动，接着开始脱模，脱模液压缸推动脱模大梁向上，通过模箱俩侧的拉杆和滑块将模箱沿着导柱向上拉起，此时压头仍然压住砌块上方，直待成型砌块完全离开模箱后，模头再向上回到原位，这样生产处高强度的砌块。 出砖部分也就是链式输送机主要由机架、链轮、链条等部分构成，输送机的运转和停止均可以由电气系统控制。新成型好的砌块胚 体连同底下的托板被推到输送机的链条上后，在两个链条之间有一个行程开关，托板被推着往前运动时会使行程开关导通，然后输送链条缓缓运动，就将胚体连同托板一起平稳向前运动，送给叠板机，再进行下一步。 砌块砖机压实原理 在混合材料被布到模箱里以后，要是光靠液压缸给压头的压力，还不足以将模箱里面的料压成符合规格要求的密实程度， 会产生砌块上面部分压实， 下面部分仍然松散的效果， - 8 - 所以，必须要配合上模箱的振动。液压马达工作，是通过偏心轴带动着模箱里面的材料一起振动，材料的颗粒在振动中相互作用相互冲击，随着振动的加剧，颗粒之间的作用力也逐渐加大，彼此进入到动摩擦的状态下，此时，在水分的离析作用下，材料中的水分会在材料颗粒的周围形成一层水膜，这样就将颗粒包裹起来，为颗粒的运动起到润滑作用，这对材料之间的相互作用和填充提供了有利的条件。同时，被压实材料之间存在许多空隙，这些大小不等的空隙，在材料被振动和压实的过程中，会逐渐被较小颗粒填充，形成更小的间隙，这些更小的间隙又被水分给填充，就将颗粒中原有的空气排挤出来6。在振动中逐渐减少，由此一来，材料之间的空隙就变的非常的小了，密度就相应的变大，因而颗粒间的接触增加，摩擦阻值也变大，码垛或是放进养护窑后，砌块内部还要进行一系列的化学变化，原料里面的氧化硅或是氧化铝等成分与氢氧化钙产生水化反应，其功能和水泥功能相似，各种粒子间相互交叉形成一定的网络空间结构，使颗粒之间结合的更加的牢固，从而成型的砌块密实度就变高，承重能力变强，因此，在振动的过程中进行加压成型，使材料成型更加迅速，更加密实，承载能力加大，破损率变低。 砌块砖机液压部分工作原理 液压系统介绍与分析 液压系统中，按工作的特点和控制方式的不同，区分为两种系统，一种是液压传动系统，一种是液压伺服系统7。液压传动系统是以传递动力为主要目的，系统工作特性是由组成液压元件各自的特性和彼此之间的相互影响来确定，不断完善传动的特性，控制的结果受到工作条件变化影响很大。另一种是液压伺服系统，通过伺服阀等控制部件来控制，主要目的是传递信息，辅助传递动力。因为伺服系统中有检测反馈元件，因此能形成比较精准的控制系统，控制质量受工作条件变化影响也比较小。随着现代科学技术的突飞猛进和现代化机械电器设备技术性能的不断提高，现代化工业机器设备的动力传动和控制指标都十分重要，所以液压传动系统和伺服系统在具体结构上基本上都融为一体，所以系统是传动系统还是伺服系统的区分也就不是那么明显。 一般的液压系统中，或多或少都会有几个基本的液压回路，包括用来调节器件运动过程中的运动速度的回路，叫做速度控制回路，还有用来控制系统压力的压力回路和用来控制器件部分动作的控制回路如液压缸和液压马达等运动方式和转向的方向回路。功能比较完善的液压型的传动系统通常都由几个能完成不同功能和作用的液压回路来构成，这些回路组成的传动机构能完成设备所需要完成的各种传动运动和控制功能。在砌块砖机液压系统中要完成的动作循环主要有以下几步如图 示： - 9 - 图 压系统动作循环 of 过分析液压系统工作原理和工作时的特点，能发现液压系统在控制系统每一个部分执行动作的时候都是按预先设定好的工序有步骤来执行完成。工作部件主要是液压缸、液压马达等，他们的工作过程都是按照预先设定好的逻辑关系实现，通过信号的转换来改变运动状态。信号一般来源于按钮开关的启动和停止、行程限位开关、压力传感器控制开关及压力传感器得到的参数变化。这些信号输入给 后通过 部的逻辑运算转化为控制液压的各种电磁阀和内部的磁铁线圈等输出信号， 这样就完成了 液压系统的控制8。 液压系统的特点 本文中的砌块砖机传动系统采用液压传动 ，它比以往的机械或是电力传动有更多优点： （ 1）液压的组件功率 惯量比大。一般的液压泵重量是同功率电动机重量的 10%尺寸则为电动机的 12%液压马达的功率 0 倍，而力矩 0。正因为液压元件这一良好的性能，使液压伺服系统的结构紧凑而且在重量和体积上也比同比电机轻而小，并且有着良好的加速性能。 （ 2）容易获得较大的力矩，工作平稳而且反应快，冲击小，可以在负载的情况下直接换向或是直接启动，快速性能好，系统的响应速度快。比如启动中等功率大小的电机需要 1，而加速同功率的液压马达的时间为 。液压传动装置回转运动每分钟可以达到 500 次，来回的往复直线运动高达每分钟可达 400，所以，在砌块砖机工作的过程中，每次工作过程都可以比普通的电机省出几秒钟的时间，这样可以加快产量，提高利润。 - 10 - （ 3）操作简便，易于实现自动控制和遥控。特别是电与液联合应用时，能够充分发挥它的优势。它能在运行过程中进行调速。液压系统容易实现自动化，它容易对液体压力、流量和流动方向进行调节与控制。 （ 4）过载保护的功能比较容易完成实现。由于各个液压元件的油液介质对各个部分进行润滑的作用，会比单纯的机械磨损降低，耐用性增加，寿命加长。 液压系统也有一定的缺点，比如说控制元件的抗污能力比较差，污染的油液会使阀磨损而降低性能，甚至影响到正常工作，而且油温的高低差别和负载大小的改变对液压传动装置影响很大，所以液压传动系统不宜在温度条件极其恶劣的环境下工作。但是，从以上来看，液压系统总体的优点还是很多的，虽然存在一些缺点，但是不影响他的优点和使用上的便利，随着科技的进步，缺点也会一点点被克服或是改善的。 液压部分组成及工作原理 图 压系统 整的液压系统一般由两部分组成，一部分是液压传动装置，另一部分是自动控制装置。液压传动装置由控制调节装置、能源装置、 执行装置、辅助装置组成，自动控制装置则是通过前面几个部分中液压系统调控器件装 备来完成对液压传动系统的调节和控制作用。 （ 1）能源装置：是通过泵的运动把泵的转动机械能量转化为液压部分的液压能量，这个部分就叫液压泵。液压泵有的用齿轮转动工作原理的齿轮泵和柱塞泵两种类型，它给 - 11 - 液压系统提供液压油和动力。其中，齿轮泵适用于用在工作时液压流量、压力需求比较小的系统之中，有着结构不复杂、尺寸小、 便于移动、制造容易、价格低廉和工作可靠等优点，但是工作的时候系统中流量和压力受冲击等影响的脉动比较大，噪声高等缺点。柱塞泵多用于中高压大流量的系统中，通过柱塞在腔内的来回往复运动，来改变腔体内的体积来完成吸油和排油。柱塞泵的压力脉动小，流量可以自动调节，但是结构复杂，需要制造水平较高，使用中条件要求比较高。 （ 2）控制调节装置：液压系统控制元件根据其不同的使用功能主要分为三大类，分别为压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀等等。压力控制阀是通过力的平衡原理来工作的，作用在阀芯上的液压力与弹簧力保持二力平衡来达到控制效果，主要的功能是用来调节和限制油液的压力。流量控制阀是依靠改变阀口的流通有效面积的大小和通道的长短来改变液阻，从而来完成通过阀的流量的控制，达到控制执行元件运动速度的作用。方向控制阀则是通过控制阀口的导通或是断开来控制液压油的流通方向。 （ 3）执行装置：执行机构是一种将液压能转换为机械能的能量转换装置，通过不同的运动形式，来完成不同的功能作用。 （ 4）辅助装置：除了上面叙述的几个部分以外，液压系统的其他部分的组件都可以称之为辅助元件，比如导管和接头、油箱、滤油器和密封件等等，辅助元件对于系统的完整顺畅运用是必不可少的，是整个系统来完成预计功能不可缺少的组成部分。 砌块砖机的液压系统，主要由以下几个主要回路构成： （ 1）主动力回路：在整个液压系统中，是用来驱动整个砌块砖机的动力部分，同时也是系统液压能量主要的消耗部分。本砌块砖机液压系统采用定量泵供油，系统基本回路图如 示，由于在实际工作中，当不同部分工作时，系统中油路的流量和压力都不相等，尤其振动成型时，瞬间就是平时几倍，需要主机系统的流量在瞬间就能满足需要，就要求在短时间内迅速响应，而且稳定，并且要尽量减小系统中其他的液压的冲击。所以，对主机系统油压流量的控制，使系统保持一定的油压，对整条生产线的影响非常重要，所以，本文选择用溢流阀，通过模糊 法来控制阀口开闭的大小进而达到控制系统液压流量的目的，以此来增强液压系统的响应速度和稳定性。定量泵系统基本回路如图 示： - 12 - 图 量泵系统回路 2）模头压制控制回路：主要包括控制压头运动和压力的液压缸和增压缸及由这两个缸为基础的改变方向的换向回路、改变压力 大小的增压回路及改变速度快慢的调速回路。压头的液压回路主要通过一个三位四通的的阀来完成，而增压缸回路，需要高压小流量压力油，采用高压泵不经济，没有必要，所以选择高压回路，在压制油缸顶部安置一个注液阀和注液箱，需要的时候能使油液能迅速大量的注入注液箱中，其目的能提高压制速度，而且在压制成型阶段能起到增压的作用，控制回路如下图 图 制控制回路 of 3）送料、推板、脱模回路：这三个回路的液压缸基本上是做直线上的来回往复运动，所以控制回路基本上相似，其中通过控制液压缸中液压油的进出流量进而来控制往复运动的速度快慢，简单的基本回路如图 示： - 13 - 图 料、推板、脱模基本回路 of - 14 - 3 液压系统中控制算法理论实现 随着科学技术的进步， 把科技融入生产中去， 所以生产中自动化程度有大幅度的提升，其中调节温度、压力、流量这样的模拟量就可以采用工业控制中的自动调节控制方式来完成控制。模拟量的 节是一种普遍采用的方式，在实际工业应用中，由于有些受控对象具有非线性和时变的原因，很难建立非常精确的数学模型，又给控制带来了很大的麻烦和误差9。随着自动控制理论技术的不断进步，新出现的智能控制又不断完善实际应用中的不足，为液压传动控制技术开辟新的天地，提供新的方法。本文液压控制中，就在 达到系统快速响应的要求上解决了常规 容易出现超调情况，满足了系统响应速度和精度的要求。 制概述 及原理 在工业控制过程中，需要对各种模拟量进行控制， 制能够使得控制目标准确、快速的跟踪在设定值， 满足控制的要求。 尽管有众多的控制算法能完成这样的任务， 但 控制一直是众多控制法中应用最为广泛的控制算法， 且以其结构简单、稳定好、调整方便而成为工业控制中不替代的主要技术之一10。 随着 累了丰富的经验，应用越来越成熟，尤其是在控制领域，数字式 制算法分为位置式和增量式。 理想 制它的主体是由控制器和所要控制的对象组成。理想 制器则为比例控制、积分控制、微分控制三部分组成。其数学表达式为： 01()() () et d（t)（ 上式中， u(t)为输出； e(t)为输入； 比例放大倍数； 积分时间常数； 微分时间常数。式（ 比例调节是针对系统中出现的偏差来成比例的进行调节的一种方式，这种调节方式能在短时间内有效减小系统中出现的偏差，但是调节不当容易使系统不稳定；积分调节是在系统进入稳态时，来调节并消除稳态状态下的误差，尽量向无误差靠近； 微分调节是一种针对变化率的调节， 系统中必须要有输入的信号的偏差才能发挥作用，它的作用是针对偏差即将要发生的变化趋势来进行预测，因此能在偏差变化之前起到提前控制并消除偏差的作用。 - 15 - 随着计算机技术和电子技术发展，由原来的模拟 展到数字 制器，在数字控制系统中不能直接采用 (，需要进行离散化处理11。根据采样相关原理可做如下变换： n = 0,1,2,3,n; 000() ( ) ( ) e e j=（ () (1)() ( ) ( 1)e n t e n e T = （ 式中： T 为采样周期 ,只要采样周期 T 满足采样定理即可。 为了计算方便， 可以将 ()替，省略周期 T。可以得到简化的 达式： () () () () ( 1)10en ej en =+ +=（ () () 0() () ( 1)en e j en =+ +（ 式中： n 为采样序号， n=1， 2,3； ( )n 次采样值； 。式（ 是我们数字控制系统常见的位置式 法。因为位置式 法，每次输出均与过去的采样相关，计算式要对误差进行累加，所以造成了工作运算量大，不适合许多复杂的控制系统12。而且一旦控制器出现问题，则执行器位置会出现大幅度的变化，这种情况在实际应用中是不允许出现的13。基于上述情况需要对位置式 行改进，根据递推原理可以得出： () () ()()111() 120en ej en = + + =（ 将（ 和（ 相减，可得出下式： () () ( ) ( ) ( ) ( )()1() 21 2() () () 1un en en en en en en en + + += + + （ 上式中： () () ( 1)en en 。式（ 控制器的输出值只是增量 ()这就是改进后的位置式 法，我们经常称为增量式 量式 有误动作小，可以显示无扰动切换。即使当控制器出现故障时，也可以保持原值，通过加权处理可以得到比较满意的效果，增量控制比较适用于执行器是电动阀门的系统，正好适应与本系统，控制阀门开度的大小。 对于改进后的 制算法，相对于改进前更加简单，而且鲁棒性好，并且稳定可靠，因此，在计算机控制领域中被广泛应用，但由于本系统要建立一个精确的模型是一个非常 - 16 - 复杂困难的事情，而且应用起来效果不理想，所以常规控制中采用的 不能满足系统要求，而且系统中的参数是变化的， 数整定效果不好，对于实际液压主系统中流量控制调整适应性较差，性能不是很理想，所以引入了不用建立精确数学模型的模糊控制理论。 模糊控制理 论概述 设计一个自动控制系统时候，无论是采用经典控制还是现代控制理论，通常步骤都是得建立一个被控对象模型，而且要知道模型的结构、阶次、参数等，然后，大量事实证明，在很多情况下，由于被控对象过程复杂，难以建立起想要的数学模型，用经典或是现代控制理论往往难以取得预期效果，针对这个问题，模糊数学创始人 授提出了模糊控制办法14。模糊控制是一种利用计算机模拟人的控制经验，通过模仿人脑的模糊思维方法来实现对一个被控系统的控制，采用数学中的模糊方法来对控制过程中的这些变化的量及这些量间的关系进行模糊描述，并根据这些量在某一个变化时刻中它们的关系，运用模糊逻辑的推理方法通过对过程变量的检测值得出这一时刻的控制量。在控制时，它把外界的输入系统的输出或状态反馈转换成模糊量，将人工的实践经验用模糊语言的形式加以总结和描述后生成一系列的模糊控制规则，然后通过模糊推理将输入变量变换为模糊输出量，最后经过去模糊化后直接作用于系统进行调控15。简而言之，模糊控制的指导思想就是通过运用计算机编程算法来模拟人在控制过程中的思维模式和经验。 模糊控制器结构分析 模糊控制器又称模糊逻辑控制器在模糊控制系统中起着主要作用，是这种类型系统的核心部分，也是模糊控制这种系统不同于其他别的控制系统的关键所在。模糊控制器的选择是十分重要的，结构合理与否是决定模糊控制器 在整个系统中能否发挥功能的重要条件，尤其当系统时多输入输出的耦合系统，通常是比较复杂的系统，控制器的好坏就更加的明显和重要。所以模糊控制器它自身结 构设计的好坏直接决定着整个被控制系统的优良。如图 示，一般情况下它通常由模糊化、知识库、模糊推理和去模糊化四部分组成： - 17 - 图 制系统结构图 糊化，模糊化就是利用传感器把检测到的非电量转换为电量信号，再通过 A/D 转换把它转换为数字量输入到模糊控制器，然后通过利用模糊集合组成的隶属函数，将得到的精确量通过变化得到模糊值。这个过程即被称为精确值的模糊化，目的在于把传感器的输入值转换为符合模糊控制系统要求的输入量，然后，按要求处理过的输入量的值再进行尺度变换计算，使它们运换到各自的论域内，完成这些后再进行模糊处理，使原始的输入精确量变换为模糊量，并用相应的模糊集合表示16。 知识库是以数据库和模糊控制规则两部分为