淺談模糊控制在排礦閥門控制中的應(yīng)用

　　摘 要:礦山企業(yè)要達到節(jié)能減排的目標(biāo),需要對選礦設(shè)備進行改進。利用模糊控制系統(tǒng)對排礦閥門進行最佳控制,達到了上述目的。這種方法不需要對控制模型進行精確的描述,就能很好地解決非線性、大時滯、變參數(shù)對象的控制問題,能廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)。

　　關(guān)鍵詞:PID控制模糊控制單片機

　　中圖分類號:TP273.4 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-9416(2011)03-0015-01

　　選礦廠要調(diào)整精礦排礦閥門(膠堆、閘門)閥位的大小,以便相對保證精礦品位和金屬回收率的最佳值。在生產(chǎn)實踐中, 而當(dāng)給礦量等指標(biāo)變化頻繁時,磁選機選別指標(biāo)則急劇惡化進而影晌到選別作業(yè)給礦的穩(wěn)定。隨著模糊控制理論的成熟,我們在原控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入模糊控制器提高控制精度,達到節(jié)能減排效果。

　　1、模糊PID控制原理

　　1.1 PID控制原理技術(shù)介紹

　　在工程實際中,應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制,簡稱PID控制,又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史,它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時,控制理論的其它技術(shù)難以采用時,系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定,這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象,或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時,最適合用PID控制技術(shù)。PID控制,實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的,PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多,概括起來有兩大類:一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用,還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法,它主要依賴工程經(jīng)驗,直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行,且方法簡單、易于掌握,在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法,主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點, 其共同點都是通過試驗,然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù),都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善。

　　1.2 模糊PID控制原理介紹

　　所謂模糊PID控制控制器,即利用模糊邏輯算法并根據(jù)一定的模糊規(guī)則對PID控制的比例、積分、微分系數(shù)進行實時優(yōu)化,已達到較為理想的控制效果。模糊 PID控制共包括參數(shù)模糊化、模糊規(guī)則推理、參數(shù)解模糊、模糊PID控制器等幾個重要組成部分。計算機根據(jù)所設(shè)定的輸入和反饋信號,計算實際位置和理論位置的偏差e以及當(dāng)前的偏差變化ec,并根據(jù)模糊規(guī)則進行模糊推理,最后對模糊參數(shù)進行解模糊,輸出模PID控制器的比例、積分、微分系數(shù)。

　　模糊控制理論提供了一種以計算機構(gòu)成的模糊控制器為核心、以模擬人腦思維方式為基本出發(fā)點的反饋控制方法。這種方法不需要對控制模型進行精確的描述,就能很好地解決非線性、大時滯、變參數(shù)對象的控制問題,能廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)。模糊反饋控制系統(tǒng)和常見的負反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有相似的結(jié)構(gòu),唯一不同之處是控制裝置由模糊控制器來實現(xiàn)(見圖1)。模糊自調(diào)整PID控制器是一種在常規(guī)PID調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上,應(yīng)用模糊集合理論,根據(jù)控制偏差絕對值、偏差變化率絕對值,在線自動調(diào)整比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki和微分系數(shù)Kd的控制器。

　　2、電路設(shè)計

　　2.1 單片機

　　單片機的顯著特點是面向控制,適用于工業(yè)應(yīng)用環(huán)境,可靠性高且價格低,因此廣泛應(yīng)用于檢測及控制系統(tǒng)中。單片機是整個控制系統(tǒng)的核心器件,磁選機控制系統(tǒng)的CPU采C8051F022器件是完全集成的混合信號系統(tǒng)級MCU芯片。C8051單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 C8051單片機在磁選機控制系統(tǒng)一方面接收由霍爾傳感器采集的鐵礦粒的濃度信號、并對信號進行分析比較。另一方面根據(jù)比較信息去控制電機模塊帶動電機正反轉(zhuǎn),電機控制閥門抬升或下降,控制排料的多少。

　　2.2 執(zhí)行機構(gòu)介紹

　　控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、電機控制模塊、電機、手輪、絲杠、閥門組成。單片機發(fā)出的控制信號經(jīng)抗干擾能力強的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為電平信號,該信號控制電機模塊帶動電機正反轉(zhuǎn)。電機接線方式為星接,功率為1.5kw,足以滿足閥門開啟的動力。電機安裝在磁洗機上方,電機工作時帶動手輪順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)開啟閥門。

　　3、結(jié)語

　　實踐證明在原有的設(shè)備基礎(chǔ)上進行模糊控制改進,改善了當(dāng)給礦量等指標(biāo)變化較大時控制精度不高的缺點,達到較優(yōu)的控制效果,為企業(yè)節(jié)省了大量的資金,實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

　　參考文獻

　　[1] 黃俊年,王立.淺析PID控制原理及應(yīng)用.硅谷,2010.12.

　　[2] 倪忠遠.自整定PID-Fussy控制器在爐溫控制中的應(yīng)用.自動化與儀器儀表,1996年30~40.

　　[3] 韓志軍,沈晉源,王振波.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.機械工業(yè)大學(xué)出版,2005.

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