模糊控制在镗床电机调速系统中的应用.pdf

设备管理与维修2 0 0 7 4 总是存在着涡流 致使在碱液流一侧的内壁 运行4 0多天后 表 面会出现局部磨损 深度在5 1 0 m m 呈蜂窝状 对继续运行造成 隐患 2 9 0 带 导 向 锥结构的三通式混 合器 为了减少涡流 的形成 在9 0 三通 式结构的混合器的 基础上 又研制出 了内部带导向锥结 构 的 三 通 式 混 合 器 其结构如图3 所示 该混合器综合了9 0 三通式和4 5 三通式混合器的结构特 点 实现了两股液流逆向混合和保持了物料顺流 使其具有两股 液流逆向交叉 切向顺流的特点 既消除了涡流及对混合器壁的 冲刷磨损 又使两股液流充分交叉混合 达到了最佳的混合结果 9 0 带导向锥三通式混合器经过使用 第一台试用设备寿命 已超过了1 0个月 经检查内壁没有出现任何磨损 可以认为 只 要混合器强度不出现问题 9 0 带导向锥结构的三通式混合器可 以达到更长使用寿命 W0 7 0 4 1 8 作者通联 中国铝业中州分公司河南焦作市4 5 4 1 7 4 E m a i l y a n l u j u n z z c h a l c o c o m c n 编辑王其 图3 9 0 带导向锥结构混合器 唐山冶金矿山机械厂W1 6 0型落地镗床直流可逆双闭环 转速 电流 调速系统中 两环均采用线性常参数P I D控制 器 随着用户对产品加工要求的日益提高和加工件本身存在 的非线性因素 常规P I D控制器已经难以有效克服负载 模型 参数的大范围变化等带来的影响 不能满足系统高精度 快响 应的调速要求 考虑到转速环对控制系统的性能起决定作用 为此将转速环的常规P I D控制改为模糊控制 以提高机床加 工精度 一 模糊控制器的设计 模糊控制是一种基于规则的控制 直接采用语言型控制规 则 依据是现场操作人员的控制经验或专家的知识 模糊控制 器的设计不需要建立被控对象精确的数学模型 控制机理和策 略易于理解 设计简单 便于应用 模糊控制系统的鲁棒性强 可 有效减弱干扰和参数变化对控制效果的影响 尤其适合于非线 性 时变及纯滞后系统 此次改造转速环采用 双入单出 的二维 模糊逻辑控制器 F L C 主要包括输入模糊化 模糊推理 清晰 化 解模糊 3个部分 输入量是e 直流电机转子角速度给定值 和实际值的偏差 和e c e的变化率 输出量u作为电流控制器 的给定值 E E c U分别是e ec u的模糊量 W 和W是系统给 定值和输出值 F L C基本结构见图1 改造后的双闭环直流调速 系统原理见图2 1 精确量的模糊化 令e k W K W e c k ec k ec k 1 W 0 为设定值 将e e c u模糊化 设E Ec U的词集为 N B 负大 N M 负中 N S 负小 Z E 零 P S 正小 P M 正中 P B 正大 论域为 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 根据控制经验可得出 变量E E c U的模糊化量化表 本例模糊控制器设计中 E Ec U 取相同值 相应的隶属函数见表1 2 模糊控制规则 根据数控镗床的隶属函数和直流电动机双闭环调速系统 模糊控制在镗床电机调速系统中的应用 郑玉好 摘要介绍了模糊控制在镗床电机调速系统中的实际应用 以及控制效果 关键词直流调速模糊控制P L C 中图分类号T P 2 7 3 4文献标识码B 技术改造 设备管理与维修2 0 0 7 4 的控制经验 得出模糊控制规则 见表2 控制规则的选取原 则是 当E较大时 选择U以消除误差为主 当E较小时 选择 U要注意防止超调 以系统稳定为主 当E为负大且Ec为正大 或正中时 应取U的变化为0 避免出现超调 例如 当转速很 低且有快速降低的趋势时应增大U 即i fE N BA N D E C N B T H E NU P B 本例共有4 9条规则 每条规则的关系可表示 为 表2模糊控制规则 Rk Ei Ec j Ui j i 1 2 7 j 1 2 7 根据控制规则 每条模糊语句决定Rk k 1 2 4 9 可以 得到系统控制规则总的模糊关系 R R1 R2 R4 9 3 输出清晰化 先根据模糊控制规则表得出相应模糊控制量 U E Ec R 再查表3得出U的数值 依据最大隶属度法 最终得到u 实际控制量 作为电流调节器的输入 完成转速环的控制 二 基于P L C的模糊控制 1 软件算法 模糊控制算法流程是 将模糊化阶段使用的Ke Ke c Ku置 入P L C的变量存储器V D 1 0 0 V D 1 0 4 V D 1 0 8 采集计算e e c 通过A D模块处理后置入P L C的V W2 0 0 V W2 0 2 系统将e e c限幅量化处理后模糊为输入变量论域中对应的元素E Ec 并 存入V D 2 1 0 V D 2 1 4 根据模糊控制查询表得到U 将U乘 以Ku 得出u 将u作为电流环的设定值进行P I D运算 2 硬件实现 W1 6 0型落地镗床直流调速系统以西门子S 7 2 0 0P L C为 控制核心 以晶闸管为执行机构 P L C通过A D模块采集信号 V f i 电机电枢电流反馈信号 Vn 速度给定信号 V fn 速度反馈 信号 后 分别进行速度调节器的模糊运算和电流调节器的P I D 运算 随后给出晶闸管触发电路 G T 的移相电压信号 实现双 环控制 见图3 三 改造效果 转速环采用模糊控制后系统运行稳定可靠 当速度差值大 时 系统增大电机转矩 速度变化加快 使电机快速达到给定值 当转速接近给定值时 系统降低电机转矩 使转速跟踪给定值 避免大的超调 改造后镗床加工精度有了一定的提高 表面粗糙 度 由R a 1 6 m降 到0 8 1 6 m 圆 度 误 差 由0 0 6 m m降 到 0 0 4 m m 参考文献 1冯冬青 谢宋和 模糊智能控制 M 北京 化学工业出版社 1 9 9 8 2崔巍 张修文 一种基于P L C的模糊控制方法 J 机电一体化 2 0 0 1 3周炼 谢运祥 模糊控制器在交流调速中的应用现状及前景 微电机 2 0 0 0W0 7 0 4 1 9 作者通联 唐山冶金矿山机械厂研究所河北唐山市缸窑 路 4 号0 6 3 0 0 0 E m a i l t y y j s z y h s o h u c o m 编辑凌瑞 图3晶闸管双闭环直流调速系统图 表3模糊控制量查询 U 负偏差Ec正偏差 5 4 3 2 10 1 2 3 4 5 E 555544000000 455543000000 35543200000 2543210 1 1 2 3 4 1332100 1 1 3 4 4 0322100 2 2 3 4 5 112100 1 2 3 4 5 5 201000 2 3 3 5 5 5 300000 2 3 4 5 5 5 400000 3 4 4 5 5 5 500000 4 4 5 5 5 5 U Ec N BN MN SZ EP SP MP B E N BP BP BP BP MP SZ EZ E N MP BP BP MP SP SZ EZ E N SP BP MP MP SZ EN SN S Z EP MP SP SZ EN SN MN M P SP SP SZ EN SN MN MN B P MZ EZ EN SN MN MN BN B P BZ EZ EN SN MN BN BN B 表1 E E c U的隶属函数 5 4 3 2 1012345 N B10 7 0 4 0 10000000 N M0 4 0 71