基于PLC的PID温度智能控制系统的研究.doc

本文由life0056贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 电气技术与自动化 ? 李景福 ， ? 于 的 温度 智能控制 系统 的研究 等 基 基 于 的 温度 智 能控制 系统 的研 究 李景福 ， 伟春 孙 （ 郴州职业技术学院 ， 湖南 郴州 ） 摘 要： 针对工业生产中经常需要高稳 定度 的恒温环 境 ， 传统模 拟式 的仪 表温度控制 及简单 的 较难 达到理想的波动度 ， 通过对 的控 制原理及控制规则 、 控制算法与 区域划 分的分析 ， 提 出一种以 为核心的温度控制系统 ， 得到了 温度控制系统图和 区域划分 图。 关键词 ： ； ； 温度 ； 智能控制 中图分类号 ： ： 文献标识码 ： 文章编号： （ ） （ ） ， ， ： ， ， 。 ： ； ； ； 问题 的方 法来 解决 该领域 的 问题 。因此它 的核心是 知识 引言 在工业生产 中经常需要高稳定 度的恒温环境 ， 统 的 传 库的建立。模 仿人 的经 验 和知识 ， 来确 定 和修 正控 制规 律， 使控制规律更适合于控制对象 ， 控制效果更好 。 专家 控制的结构 图如 图 所示 ： 由于产 生式规则 模拟式仪表温度控制 ， 以简单 的 来实现 ， 此类仪表对环 境条件和控制参数较敏感 ， 较难达到理想 的波动度 ， 即使能 达到要 求 的波动 度 时 ， 需 要较 长 的过 渡时 间。常规 的 也 库结构简单 ， 于修 改 ， 易 适合 于 实现 ， 控制 器 中的 故 知识规则采用产生式规则 ， 其基本 形式为 ： 调节具有结构 简单 ， 稳定性 好 ， 可靠 性高 ， 易于工程 实 现等优点 ， 其主要 问题 是参 数整定 问题 ， 旦整 定计算 好 一 后， 在整个控制过程 中都是 固定不变 的， 而在实际 系统 中 ， 由于系统状态和参数等发生变化 ， 控制过程具有大滞后、 非 线性 、 时变性 ， 用常规 控制 较难获 得最佳 的控 制效 采 果 。 为核心的温度控 制系统 ， 采用 了专家智能 控 制方法 ， 利用专家系统知识库输 出修正 参数 以及 改变 控制方式 。实践表明用 实现 的智 能 控制 ， 方 法简单 易行 、 适应性好 、 鲁棒性强 。 （ 条件 ） （ ， 动作 ） 图 专家 控制结构 图 数据库 的事 实 知识 选 取 如 下数 据 ： （ ） ， ， （ ） 的控 制原 理及 控 制规 则 智能 控制就 是将 智能 控制 （ ） 与 （ ） ， ， 。其 中： （） 偏差 ，（ ）： 设 定 ， 是 （ 温度值 ）一 （ 实际温度值） （） 偏差变化 率 ， （） ；。是 （）一 ） “ 是 控制 量 ； 是最 小允 许偏 差 ； （ 一 ； （） 传统的 控制相结合 ， 自适应 的， 是 其控制器参数 可以实 时地在线 自动调整 ， 不依赖系统精确数学模型 ， 对系统参数 变化具有较好的适应性 ， 具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。 智能 控制主要有模糊 控制 、 专家 控 制和基于 神经网络的 控制等 ， 这里主要运用专家 控制 。 专家 控制是在 常规 控 制基础上 ， 引入专家及 操作者 的经验 即专家 系统 ， 内部具有某个领域 中大量专 其 家水平 的知识与经 验 ，能够利 用人类 专家 的知识和解决 作者简介 ： 李景福（ 一 是最大允许偏差 ； 是最 大控 制量。 利用上述数据 ， 构成 有关 的知识库 ， 事实知 识 的构 成 简单而无相交集 ， 因此 任何 情况 都能 找到 唯一 的匹配 条 件， 触发相应 的控制规则 。控 制规则及依据 如下。 ： ）若 （） ， 则 （） 。说 明偏 差过大 ， 则 相应控制量应最大 ， 加快 升温 速度 ， 尽快减小偏差 。 ）若 （ ） 则 （） ） 一 。说 明偏 差 已 （ 达到允许范围 ， 控制量不变 ， 维持现状 。 ）男 ， ， 湖南嘉禾人 ， 郴州职业技术学院工业 自动化系副教授 ， 研究方 向为机电与电子技术应用。 ? ： ： 机械制造与 自动化 电气技术与 自动化 ? 李景福， ? 于 的 温度智能控制 系统的研 究 等 基 量， 尽快减小偏差 。 ）若 （） ， ） （） 根 则 （） （ 一 ， 据偏差及偏差 变化趋势图 可知 ， 际值正远离设定值 ， 实 控 制量 明显减小 ， 应增加较大的控制量 ， 尽快减小偏差。 区 ： 速 增加 区 ， 快 偏差 较 大 ， 比较 快地 增 加 控 应 制量 。 区 ： 慢加 区， 差 较小 ， 较 慢地 增 加控 制 量 ； 偏 应 但 是 属于 区时 ， 际值 较快地 接近设 定 值 ， 实 为防止 过 冲， 可适 当减 少一 些控制量 。 图 偏 差 及 趋 势 区 ： 持 区 ， 保 偏差 已控 制在 允 许 范 围 内 ， 制 量 控 不变。 ）若 （） ， （） ， 且 （）? 。 则 （ ） ） 。偏差值恒定不 变 ， （ 一 （ ） 呈稳 定状态 ， 应增 加较小的控制量 ， 使偏 差减 小。 ）若 （） ， （ ） ， 且 （）? 则 （ ） 区： 减区 ， 慢 与 区类 似。 区： 减区 ， 快 与 区类 似。 区： 最大区 ， 减 与 区类似 。 ）区 域 划 分 ： 统 采 用 的 比 较 指 令 系 （ ） 实现区域划分 。设 为偏差 ， 为偏 差变 （ ） 一 （）。 （） （） 。实 际值 正不断接近 设定值 ， 一方面随着偏差减小 ， 相应的控 制量可 以增加很小 化率 ， 实现区域 一 ，一 划分 的梯形 图程序 则 如 图 所 示 。 或者不增加 ； 另一方面 ，（） （）值越大 ， 明实际值趋 表 向设定值的程度越强 ， 为防止过冲， 应适 当减小控制量。 上述 ， ， ， 为系 数 ， 它们 直 接影 响控 制 性 能， 根据控制趋势 ， 应有 ， 。当 时 ， 不考虑提前减小控制量 ； 当 时 ， 不考虑 增加控 制量 ， 上述 系数根据 系统实际确定。 温度控 制系统如 图 所 示 。 图 温 度 控 制 系统 对控制规律进行 了以上 的分段处理后 ， 可在实 际温度 与设定温度偏 差较 大时 ， 以较大 的 速度平 缓 的升 温或 降 温 。在接近恒温时又不会 因太大的惯性而引起振荡 ， 从而 减少了过渡过程的时间 。 控制算法与 区域划分 ）控制算法 ： 数据 寄存 器 设 分别 存储 偏差 值 一 ， 分别存储偏差变化率 。 偏差及偏差变化率 区域划分如 图 所示 。 成最大区 快减区 慢减区 保 持区 慢加区 快加 区 加最 大区 品 偏 差 负区 零 区 正区 偏差变化 图 偏 差 及 偏 差 变 化 率 区域 划分 区： 加最大 区 ， 偏差 太大 ， 最大 限度地 增加控 制 应 图 ， 的区域划 分 ? ， （ ） ， ： 电气技术与 自动化 ? 李景福 ， ? 等 基于 的 温度智能控 制系统的研 究 对偏差 及偏差变化率 （） （） 所在 的区域进行 波 ， 力求在扰动多 、 滞后 大的 系统 中提 高数据 的准确性 和 相应的判断 ， 并按第 规则进行 逻辑运算 ， 章 ）一 ） 即可 得到当前所需的控制量 。 （） ）控制量 的修正 ： 由于被控 温度是 一个 连续变 化 的 物理量 ， 不可能在相邻 几个控 制周期 里发生大 的突变 ， 所 以控 制量也不应发 生大的突变。基 于此 ， 为防止 由于温度 真实性 。 结 论 上述智能 控制 方法具有 波动小 ， 度时 间短 ， 过 对 环境和控制参数不敏感的特点 ， 其性 能指标远远优 于常规 控制。应用 中可采用 人机界 面实现对 其 内部 数 测量不准确 而使计算 出的控制量 （） 波动过 大 ， 响恒 影 温效果 ， 控制 阶段按照 （ 一 在 （） ） 计算 出 （）对其进行修正 。 据的监控与设置 。实践 证明 ， 系统 动态 响应快 ， 该 控制 效 果 良好 。实践表 明该方法简单易行 、 适应性好 、 鲁棒性强 。 智能 控制将人 的丰富操作 经验 与 控 制 的 良 好适应性和稳定性相结合 ， 具有较好 的应 用前 景。 参考文献 ： 陶永华 尹怡欣 葛芦生 新型 控制 北京 ： 机械 工业 出 版 社 温度控制应用 采用智能 控制算法 ， 作为核心 部件 ， 以 实现 恒温控制。系统的控制原 理框 图如 图 所示。温度 检测 器 由 铂电阻构成 ， 用来 实时 检测温度输 出 ， 经 模块放 大后 送 给 转 换 模块 。 转 换 采 用 完成 ， 该模 块 有 个 模 拟量 输 入通 道 ，位 的分 辨 率， 总体精度在 ， 转换速度 通道 。转换后 的数 据存入 内部数据寄存 器。 根据采集 的信号 计算 出偏差 和偏差 变化 率 （） 按 照智 能 的控 制规 （） ， 则计算控 制量（） 并输 出控制量（） ， 。经 的 张仲俊 ， 智能控 制和智 能控制 系统 等 北京 ： 机械工 业 出版社 刘明兰 ， 基 于智 能 规 则的专家 控制器 武汉汽 车 等 工 业 大学 学 报 ， ： （ ） 转换 ， 变换成 的电压信号 ， 至调压模 块 ， 送 并 驱 动调压模块 以调节电加热 丝的工作 电流 ， 实现系统的温 度控 制。 转换模块采用 核模块有 四通道 ， 的 输 出 ， 总体精度 ， 转换 速度 。在 温度 周梅芳 ， 基 于 的智能 控 制方法 及其应用 化 等 工 自动化仪表 （ ） ， ： 李卓 于神经 网络 的模糊 自适应 控制方法 控制 与 基 决策 ， ， ： （ ） 采集时 ， 运用 指令 采样 次求 平 均值 ， （ ） 在 软件上设计数字 滤波 程序 ， 实现每 个通 道数 据 的均值 滤 收 稿 ： 期 （ 上接第 页 ） ； 中数据 ， 经过数值运算计算 出刀补数据 ， 然后 写 对 变 叭 ，样 完 对刀 过 入 应 量 这 就 成了 的 程。 程 序 的 编 制 对刀过程要 自动完成 ， 必须按照对刀 的步骤编制一个 程 序 ， 面是 针对 外 圆刀 轴方 向 自动对 刀 的实 例 下 程序。 ； 结 论 通过本系统介绍的方法 ， 只要制作一 个简易的开关装 置， 就能代替市场上 昂贵的 自动对刀仪完 成 自动对 刀的工 作 。数控系统的系统变量 可 以实 现在加 工过程 中与数 控 系统 内部数据 的通讯 ， 自动 对刀 只是其 中一 个应 用 ， 用 利 系统变量 还可 以实现 加 工 过程 中 的在 线 测 量 和 自动 修 正等 。 调 用 标 准 刀 ； 标准刀靠近对刀点 ； ； 转换为分进给方式 参考文献 ： 董丽华 数控加工编程与操作实用技 术 北京 ： 电子工 业 出 版 社 ， 一 标 准刀接触对刀点 ， ； 触发外部跳转信号 ； 采集数据 ，