基于PLC的爐溫多級模糊控制的優(yōu)化與實現(xiàn)

發(fā)布時間:2007/8/15 0:00:00 訪問次數(shù):822

摘要：介紹了多級模糊控制原理，并針對其特點引入偏移量函數(shù)進行了算法優(yōu)化，詳述了該優(yōu)化算法在PLC爐溫控制系統(tǒng)中的實現(xiàn)并對優(yōu)化效果進行了比較。該優(yōu)化算法在實際應(yīng)用中取得了很好的控制效果。

關(guān)鍵詞：PLC 模糊控制優(yōu)化

隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)對溫度控制品質(zhì)要求的日益提高，一些控制精度差且難以管理的老式電阻爐必須用新技術(shù)進行改造，其中控制算法研究處于至關(guān)重要的地位。本文主要介紹基于 PLC的新的控制策略原理與實現(xiàn)，系統(tǒng)控制算法采用變化例因子與量化因子的多級模糊控制，并根據(jù)經(jīng)驗引入偏移量函數(shù)。該方法在PLC多段電阻爐系統(tǒng)中反復運行證明爐溫上升快，控制溫度高，達到了很好的控制效果。

1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通斷率控制

本控制系統(tǒng)硬件組成為三個部分：西門子S7-200CPU224PLC與擴展模塊EM235構(gòu)成控制器，MOC3061與雙向晶閘管組成執(zhí)行機構(gòu)，熱電偶與AD595構(gòu)成溫度檢測變送器，另附加報警、跳閘、過流等保護電路。系統(tǒng)器件的優(yōu)點是集成度高、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單。

本系統(tǒng)采用過零觸發(fā)的調(diào)功方法，通過改變系統(tǒng)在一個周期內(nèi)的導通時間比（即通斷率）實現(xiàn)溫度控制[1]。在電阻爐爐溫控制系統(tǒng)中，爐子的功率與通斷率之間的關(guān)系見下式：

式中，P——電阻爐功率

Ue——輸入電阻有效值

R——爐絲電阻值

n(k)——通斷率，即控制周期內(nèi)導通半波數(shù)

n(T)——控制周期內(nèi)工頻半波數(shù)

公式推導過程見參考文獻[2]。由式（1）可知控制通斷率即可控制電阻爐的功率，從而達到控制爐溫的目的。本系統(tǒng)控制周期為10s，含有1000個工頻電壓半波（10ms），PLC把算法計算出的通斷率n(k)平均分布在整個控制周期內(nèi)，輸出開關(guān)量信號控制MOC3061與雙向晶閘管組成的執(zhí)行機構(gòu)。

2 模糊控制算法及優(yōu)化

2. 1 模糊控制原理與查表方法

模糊控制是基于模糊條件語句描述的語言控制規(guī)則，根據(jù)模糊推理和模糊判決，查詢模糊控制表，解模糊，得到精確的控制量[3]。模糊控制一般利用偏差e和偏差變化率Δe量化組成二維模糊控制器，其結(jié)構(gòu)原理圖見圖1虛線框內(nèi)部分。其簡單過程為：由給定r和反饋值y得到e和Δe，分別利用量化因子Ke和Kec量化為模糊量e和Δe，由模糊判決得到模糊控制量U，經(jīng)比例因子Ku反量化后輸出精確輸出量U*。

表1 模糊控制規(guī)則表