硫化机温度控制中模糊PID控制的应用研究.docx

          硫化机温度控制中模糊PID控制的应用研究                    摘要：由于硫化机在温度控制过程当中存有非线性、不确定性、时变性，故而需在常规PID控制基础之上，对其进行自适应模糊PID控制基于此，本文将主要针对硫化机PID控制过程当中所出现的鲁棒性欠缺问题提出一种模糊PID控制方式，经过实践表明，本文所提出控制系统具有将强抗干扰能力，且简单实用，具有良好调节效果关键词：硫化机；温度控制；PID引言：参数自适应模糊PID控制（Parameter Self-tuning Fuzzy PID Control）是将模糊控制概念与基本PID控制器融合，消化吸收两者优点，集成单片机设计作为控制系统过程的主要部分是对系统数据进行实时处理方法和控制，以保证工作处于最佳状态，提高程序的控制精度，有利于提高工作效率用于处理传统方法无法解决的硫化机温度问题针对主要参数大范围变化的问题，根据模糊系统的自适应能力，自动检索整个过程的主要参数，自动调整控制的主要参数，并集成变换整个过程的主要参数，优于基本的PID控制器，具有良好的控制特性以及更高的稳定性1 模糊PID控制器的结构1.1控制器整体模糊PID控制器是一种基于基本PID控制器的模糊控制，利用模糊与基本理论相结合，根据控制偏差、偏差弹性系数线自动调整比例系数、积分指数和微分指数。

原文中，硫化机模糊控制器选择二输入三输出，以硫化压片的温度偏差e和偏差弹性系数ec作为输入自变量，Kp.Ki.Kd作为输出.其结构如图1所示设硫化机模糊温度偏差为E，表示评价温度与预设值的差值对于温度控制，设定值±3℃以内的温度偏差为模糊控制区，模糊控制系统根据模糊控制标准自动调节温度温度偏差分为7个模棱两可的子情况，每个子情况是：PB（温度过高）、PM（温度偏高）、PS（温度稍高）、ZO（温度偏差为零）、NS（温度略低）、NM（温度低中）、NB（温度过低）温度弹性系数EC=dE/d，反映了现场温度偏差的变化方向偏差E的歧义量可以用对应的歧义语言表示，表示结合偏差E的歧义语言表达得到一个非空子集e（模糊向量素材），然后w和歧义进位依据标准和逻辑推理生成标准进行模糊管理决策，得到模糊控制量图1 模糊PID控制系统结构1.2控制器设计首先设置模糊控制器的输入自变量（e(k) 和 ec(k)）输出自变量的初值（Kp0.Ki0.Kd0）及其输出偏差（△Kp、△Ki、△Kd）；后续选择必须明确输入自变量（e（k）和ec（k））输出自变量（Kp、Ki、Kd）和输出偏差（△Kp、△Ki、△Kd）变换类别，根据选择 变换类别明确定义定量分析因子、比例因子等主要参数；划分模糊非空子集，明确非空子集对应的语言表达自变量，然后选择隶属函数对于每个语言表达自变量，最后进行统计分析的模糊和非空子集的个数；根据确定的模糊和非空子集，设计相应的模糊控制器控制标准。

足够短的采样周期时间让系统工作，然后才加比例控制阶段，直到阶跃响应出现临界值振荡由系统调整，记录此时的比例放大系数和临界值振荡周期，并根据标准调整改变PID控制器的主要参数，直到控制器的输出能够使控制器的动、静态数据特性系统输出响应最好；根据选择的自变量类别，模糊非空子集设计方案，可以得到相应的模糊控制器控制标准，得到模糊控制器输出，用if语句以“if then”的方式描述模糊控制表；迭代更新后e(A)和ec(h)计算合并（设计方案的模糊控制表，一个新的Kp、Ki、Kd，然后通过PID控制器控制公式测量和计算模糊管理决策输出信息内容2硫化机温度控制系统硬件设计系统主要由温度控制、温度采样、人机作战和控制输出四部分组成1)温度控制；温控硬件开发的难点在于MCU的选择综合考虑软件系统的体积和通讯接口，选择结构紧凑、扩展性好、命令功能齐全、质优价廉的西门子PLCPLC S7-400是控制的关键 S7-400 PLC包含多种可选的扩展控制模块，方便各种业务规模的控制器扩展，PIC具有强大的模拟模拟信号分析能力和模拟信号计算能力另外PLC运行速度高，存储容量大、自诊断能力强、I/O扩展能力强、安全系数高、互联网功能完善、通讯能力强、集成HMI服务项目等特点特别适合解决离散系统控制。

2)温度采样：温度采样对于所有系统的温度控制都很重要它关系到硫化橡胶的实际效果根据测温电桥电路和高精度运算放大器，采用测温电源电路，准确测量硫化机温度测温元件采用Pt100铂热电阻，测温范围-200～800℃，精密测量精度高（A级，偏差±（0.15 0.002ltl），另外，铂热电阻还具有抗拉强度高、抗震性能好、特性可靠稳定、抗压性能好等特点，铂热电阻采用三线开尔文接线方式，消除了连接传输线电阻的不同危害3)控制输出；输出电源电路采用捷通科技JS3001晶闸管工作稳压器，选用变压移相和过零循环稳压集成技术，建立恒流电源，恒流源、恒压等闭环控制控制双闭环控制三相整流直流稳定的电源电解电源电镀电源4)人机界面页面：按键由触摸屏组成，可根据触摸屏设置温度控制的主要参数,如设置温度值、D值、I值、P值等3 Simulink仿真融合硫化温度本身的特性，融合上次硫化温度的控制数据信息，建立操纵目标的数学分析模型，在MATLAB Simulink控制模块中建立模糊PID控制系统模型仿真，系统率先准确测量硫化机温度，因为温度智能变送器发出4-20mA标准电流数据信号数据信号采集控制模块将采集到的电流转换为模拟信号后，经过一系列基本的数据类型转换，提示采集到的数据信息成为标准的温度信号，便于识别；同时，采集到的标准值必须转换为PLC PID计算规定的标准基本数据类型；然后将标准数据信息输入模糊响应PID控制器，通过迭代更新计算，从积分控制值推导出来。

然后采用PWM波形PWM占空比的方法来控制晶闸管的通断，进而控制温度，因为温度的转变是一个不断发展、上升到标准值并保持整个过程，从而给出关键-in data signal 大小为1的步进数据信号对于硫化温度控制系统，模糊PID控制在特性上完全可以满足技术指标和控制指标值，控制精度进一步提高.结语：温控系统是硫化机的关键部件，但传统的温控系统基于基本的PID优化算法，无法完成对温度的精确控制；据此，设计方案是基于模糊响应PID控制理论的硫化机温度控制系统，完成对橡胶硫化全过程温度的精确控制与传统的硫化机温度控制系统相比，控制控制模块中的微控制器硬件配置功能更强大，增加了容量，改进了控制优化算法，提高了系统的可靠性，从而提高硫化机的温度控制精度，具有很好的应用和推广市场前景参考文献：1. 李凯亮. 基于PLC闭环自动控制的硫化机实现[J]. 科技创新与应用, 2020, No.318(26):115-116.2. 陈龙, 吴斌方, 张耀,等. 基于模糊PID控制的步进驱动系统研究[J]. 组合机床与自动化加工技术, 2020, 000(003):99-102.3. 洪星, 吴静怡, 王珊珊. 液氮直接蒸发制冷系统模糊PID控制方法的数值模拟与实验研究[J]. 制冷学报, 2019, 040(005):124-129.  -全文完-。