模糊控制器在M18单圆盘铜浇铸机控制系统中应用

1、模糊控制器在M18单圆盘铜浇铸机控制系统中应用1965年英国肋刿思尼亚大学著名教授LA.Zadeh提出了模協控制理论+该理论以模糊数学为基册，将自然语言转化为计算机所能识别的打法语言，礼冃模期集合寤人的思维、判断过程用简单的数学形式表达出来因此可以对豆杂系统作出切合实际的、符合人类思维方式的处理，20fiL樓糊控制系统特别适合于控制工程中难次建立数学模型的复杂杓被控对象，用基于模糊数常的“模糊模型”进行控制，具有良好隍曾棒性那适应性模糊控關系统结构图如图3"示。如图3-1可知模糊控制系统由五个部分组成次幼：(1) 模糊控制器模糊捽制系统的核卫是模關控制娜.它是一台具可捋殊聲法的微形讣

2、算机.宅要场能是完成对输入呈的各种处理(模糊化处理、模棉规则运算-模期推理决號运算等人(2) 需人/输出接口电囲模桎控制鉴连接前、右系统的两个逋道口是接口电路.左实酝工程中，务数被控对彖的信号是欖拟駅，由丁模梅挖制器是数字换作系统勺因此恵须对与之用连的部分进行A/D和D/A转換.(3) 执行机构各类电劫机、洼压阀和气动阀囑均可以用作执行机构-(4) 彼挖对彖左模糊控制系统中枝揑对象可以是一种叢置(或设备歴梵群伍八也可以是社会的、生物的或其他的各种炊态转萼过程被控量可以是定常或时变的*也可以是线性的或非践性的等务秤怙况(5) 测量和辰做装置测呈和反锻装置是以传幣器为主体將般控对象歎出的各科非电虽

3、信号(如速度s压力、沮度等)装換为电虽瞎氏经过放大、滤筱处理后变为挖制聲所能接受的信号，从而构成系统的闭环通道。测鼠及反馈装置的精度、可靠性及稳定性直接影响着控制系统的各项性能指标，因此对该装置的选择非常重要。3.2M18单圆盘铜浇铸机定量浇铸模糊控制系统设计模糊控制器的组成如图3-2所示.它包括有：输入量模糕化、知识库和推理机、输出解模宙等部分图3-2模禮挫钊器的组成框图1、模糊化将输入的精确量转换成模梅化量的过程叫做模糊化。输入虽通常是指来自外界的参考输入和状态等.模粧化过程如下：（1）确定输入量并进行处理，一般选择误差£和误差的变化率EC作为输入变量.（2）对输入量进行尺度变换

4、，变换到相应的论域范围绚。例如将输入量误筮E及误差变化率EC分别变换到各自的论域范围后对规范化的变址进行模桂化.（3）对已变换后的输入量进行模糊化处理，即把精确的输入量变成模粳量,用相应的模槪集合来表示.而輸入的模糊集必须覆盖整个论域，从而使得每个输入值都有非零的隶属函数值输入模糊集的数目、形状等都是控制器的设计参数。不同的输入变量可以有不同数目的模槪集.2、知识库知识库中储存了模糊推理所需要的知识】.山数据库和模糊控制规则库组成.（1）数据库主要储存了各个语言变量的隶属度歯数、变换因子以及模糊空间的分割数等.（2）规则库包含了专家总结出来的控制规则卩忙3、模糊推理模梅控制器的核心是模視推理別

5、亠】，它具有模拟人的模糊推理能力。模糊推理是建立在模粳数学基础上的，模糊控制器杈据模糊控制规则给出輸出，经过模糊判决得到礎定量.模糊控制规則与模糊推理的一般形式是：ifXisAandYisB,thenZisCifXisA*andYisB*,thenZis?4、解模糖化解模糊化就是将模粧推理得到的模糊量变换为用于实际控制的精确量的过程卩兔它包含两部分的内容：1）通过萤心法等解模糊化的方法将模糊的控制量变换成表示在论域范围的精确量；2）将表示在论域范围的精礎虽经尺度变换成实际的控制最.蛆8单圆盘铜浇铸称賣控制系统（1）定量浇铸装置组成M18铜浇铸称重控制系统组成图33和结构示意图34M18K盘辆淡

6、铸机散重系统纽成浇铃包机构支架浚压缸机构支架|图34浇伶栽工图（2）工作过程：工作过程示意图35所示上一肢凌压伍活參轩厅m浇修包倾针,开抬浇伶豪压缸渚塞杆浇伶包X俚田35工作过租示意岳$18单圆盘钢浇锈称重浇铸过程的速度控制浇铸过程中浇铸速度的控制是依据参考文献上预先设计的浇铸曲线由计算机自动控制。当浇铸包的整体重童发生变化时，安装在浇铸包下电子称重系统中的压力传感器将重量变化的动态数据转化成电信号，经过A/D装换装置传输到微机控制系统，控制系统根据预先设定好的程序进行处理，再经过D/A转换器来控制电磁阀，使得液压缸按照工艺控制要求完成推进或复位，从而完成浇铸工作。简单来说就是先经过称重装置测

7、量出浇铸包内铜液体的重量值，将该值输入到计算机,计算机的输出量经过变化和放大后来控制液压比例阀的液压缸的升降包置。从而控制浇铸包的倾斜角度，使得流出浇铸包的權体流岀速度过程分为如表3-1所示的几个阶段。表3-）M18单圆盘铜浇铸称重決转速皮分段表浇铃阶段B6B1B2B3B4B5中间包状态补龙铜水复位收包段预备段（快IIIIIIIV克伶包状态（复位）顶）(O)(M)（慢顶）（慢顶）跨折点重量W6W1W2W3W4W5浇铸包在浇铸的过程中，浇铸包的动作速度分为快送起动浇铸包-慢速浇铸快速浇铸慢速浇弟恒速浇铸快速吹起浇铸包I叽浇铸过程的状态曲线见图3-6所示。每一个浇铸段内，计算机会将浇铸前后的浇铸包

8、的篁呈求差值，从而得出实际的浇铸重墩.当一次浇铸周期开始时，将相邻的上周期给定阳极板重与实际決铸的板重差值，用作当前周期控制重量的修正值，这样在很人程度上降低了夕、界因素对系统的干扰.影响铜液流量的因素很多，比如传囤器的精度、系统的响应速度及中间包倾倒的冲击力等变化均能影响称重的精度I弘珂,所以用模糊控制来控制称重浇铸过甩.G20v1一何服阀电就G1涤铸包总童走G2铸模中柯液重量图34浇铸状态曲钱3.3M18单圆盘铜浇铸称重的模糊控制实现M18浇铸称的定呈设定值为260Kg,允许的最大误差为=1%,即±2.6Kg。M18单圆盘铜浇铸控制系统的关键就是它的单向性.指的是下落到铸模的铜水

9、不能返回到浇铸包，这就要求在控制过程中不能产生超调。所以，理论上，称最值的偏差E为0260Kg,在工艺上要求的称量时间在10秒以内。1、对输入量进行尺度变换，变换到相应的论域范国在M18单圆盘铜定量浇铸工艺要求中，期望当检测到得重量偏差£较大时,置于浇铸包下的液压比例阀开启的程度大些，可以加快铜水的浇铸速度，还可以保证称量时间；当偏差小到某值后，使控制虽"随着1SS差£和偏筮变化率£C的减小X减小，最后趋nJ±0,以满足称量梢度戊均.因此经过综合比较后我忙决定只对偏差较小的区域内进行非均匀的鼠化。所以确定在偏差小于100Kg以后再进行浇铸包倾斜

10、速度的控制，大于120KgZ前采用比例控制较容易实现，下文仅论述变速模糊控制部分。系统雨址偏差定义为E*；炉孑为设定值，假设模期集合中误差E、误差变化EC、输出控制量的论域选取均为0,+1,+2,+3,+4,+5,%系统重量偏差的尺度变换如表32重量偏差变化率的尺度变换如表33,辙出量U的尺度变换如表34。尺度变换将实际最变换到论城范围【殉.表3-21量偏瓷£的尺度変换童化表论域E0123456实tf(Kg)论域EC0123456«交化(Kg/S)4102030404070友34絵出童1/的尺度变换走化表论城U0123456实际量(V)00.41247102. 输入输出虽的

11、模糊化M18浇铸包称重系统将重量偏差£、偏差变化EC、控制虽U的论域定成0,6,在论域上定义了7个模糊集合，分别是乙VS,S,MS,M,ML和L,具依含义见表3-5所示。表35M18莹刃盘铜浇铃机洗铸科重系统模糊子集字母含义取位叶应表字母含义字母含义取值Z0附近M中4附近VS异借小1附近MB中大5附近S小2附近B大6对近MS中小3附近隶属度函数釆用三角形，重量偏差以偏差变化EC、控制fitI；模糊集合卩"如图3738,39所示模桃量E,EC,的隶属函数如表34所示农3-6模糊走E/EC/U的隶居話数模糊控制规则库0123456Z10.400000vs0.410.40000s

12、00.410.4000MS000.410.400M0000.410.40ML00000.410.4L000000.4I表3-7是M18单災盘铜浇拓机浇铸秤重系统采用的模糊控制规则$1371.由模務条件语句来表现.長37模柯规则表zvssMSMMBBzzvsMSMBBBvszvsMSMMBBBszvssMSMMBBMSzvssMSMMBMBMzvsvsSMSMBMBMBzvsvsSMSMSMBzvsvsvsSMSM3. 模糊推理模桂推理首先编制好模梶控制表.然后将该农保存到PLC中厲也1.在实际控制时，把处理过的脉冲数量化到语言变量的论域中根据址化的结果査表求出控制虽，这样就可以有效提离控制的实时性，将重量偏差£、偏差变化率EC和控制馥1/按照图310图3-11所示进行模勵化，根据Mandani模糊推理方法，if£=4and£C=Bythen（7=Cv,则有49模糊关系加鸟心模糊关系R益R"5、解模期化采用加权平均法的艇模觀化方法【弘切，其计算公式为：八&#