1、基 金 项 目:广 西 重 点 研 发 计 划 项 目(编 号:A B);桂 林 市科 技 开 发 项 目(编 号:);广 西 研 究 生 教 育 创新 计 划 项 目(编 号:X Y C S Z)作 者 简 介:牟 向 伟(),男,广 西 师 范 大 学 副 教 授,硕 士 生 导师,博 士.E m a i l:q q c o m收 稿 日 期:改 回 日 期:D O I:/j s p j x 文 章 编 号()基 于 模 糊 控 制 多 工 位 自 动 装 粉 系 统 设 计 与 试 验D e s ign a n d e xpe r i m e n t o f m u l t i s t
2、a t i o n a u t o m a t i cpo w d e rl o a d i ngsys t e m b a s e d o n f u z zyc o n t r o l牟 向 伟,M O U X i a n g w e i,南 香 港N A N X i a n g g a n g于 新 业Y U X i n y e陈 林 涛C H E N L i n t a o(广 西 师 范 大 学 电 子 工 程 学 院,广 西 桂 林;广 西 师 范 大 学 职 业 技 术 师 范 学 院,广 西 桂 林)(E l e c t r o n i c E n g i n e e r i
3、n g C o l l e g e,G u a n g x i N o r m a l U n i v e r s i t y,G u i l i n,G u a n g x i,C h i n a;T e a c h e r sC o l l e g e f o r V o c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l E d u c a t i o n,G u a n g x i N o r m a l U n i v e r s i t y,G u i l i n,G u a n g x i,C h i n a)摘 要:目 的:解 决 米 粉 工 厂 化
4、 生 产 自 动 装 粉 生 产 线 效 率低、自 动 控 制 难 等 技 术 问 题.方 法:提 出 一 种 基 于 模 糊 控制 多 工 位 自 动 装 粉 系 统,选 取 粉 料 高 度 的 检 测 值 与 预 设值 的 偏 差E、偏 差 变 化 率E C 和 装 粉 车 当 前 位 置 与 待 装粉 位 置 偏 差 的 绝 对 值E 作 为 输 入 变 量,电 动 机 转 速U 和装 粉 系 统 仓 门 开 度U 作 为 输 出 变 量.通 过 模 糊 控 制 规 则调 节 电 动 机 转 速 和 装 粉 系 统 的 仓 门 开 度 来 提 高 装 粉 系 统的 工 作 效 率.在 西
5、 门 子S P L C平 台 上 搭 建 此 控 制系 统,并 进 行 现 场 试 验.结 果:在工 位 自 动 装 粉 输 送 生产 线 上,试 验 控 制 系 统 可 容 纳 的 工 位 数 比 现 有 控 制 系 统增 加 了个,作 业 效 率 比 现 有 控 制 系 统 提 升 了,单位 时 间 内 各 工 位 产 量 提 升 了.结 论:试 验 对 提 高工 厂 化 米 粉 生 产 线 自 动 化 具 有 借 鉴 意 义.关 键 词:米 粉;P L C;模 糊 控 制;多 工 位;装 粉 系 统A b s t r a c t:O b j e c t i v e:I n v i e w
6、 o f t h e t e c h n i c a l p r o b l e m s s u c h a sl o w e f f i c i e n c y a n d d i f f i c u l t a u t o m a t i c c o n t r o l o f t h e a u t o m a t i cp o w d e r p r o d u c t i o n l i n e f o r f a c t o r y r i c e n o o d l e p r o d u c t i o n M e t h o d s:T h i s r e s e a r c
7、 h p r o p o s e d a m u l t i s t a t i o n a u t o m a t i cp o w d e r l o a d i n g s y s t e m b a s e d o n f u z z y c o n t r o l,s e l e c t i n g t h ed e v i a t i o n E b e t w e e n t h e d e t e c t e d v a l u e o f t h e p o w d e r h e i g h t a n dt h e p r e s e t v a l u e,t h e
8、d e v i a t i o n c h a n g e r a t e E C a n d t h e d e v i a t i o nb e t w e e n t h e c u r r e n t p o s i t i o n o f t h e p o w d e r l o a d i n g c a r a n d t h ep o s i t i o n t o b e l o a d e d T h e a b s o l u t e v a l u e E w a s u s e d a s t h e i n p u tv a r i a b l e,a n d t
9、 h e m o t o r s p e e d U a n d t h e o p e n i n g d e g r e e o f t h eb i n d o o r U o f t h e p o w d e r l o a d i n g s y s t e m w e r e u s e d a s t h e o u t p u tv a r i a b l e s T h e w o r k i n g e f f i c i e n c y o f t h e p o w d e r l o a d i n g s y s t e mw a s i m p r o v e
10、d b y a d j u s t i n g t h e m o t o r s p e e d a n d t h e o p e n i n g o ft h e b i n d o o r o f t h e p o w d e r l o a d i n g s y s t e m t h r o u g h f u z z y c o n t r o lr u l e s T h e c o n t r o l s y s t e m w a s b u i l t o n t h e S i e m e n s S P L Cp l a t f o r m,a n d t h e
11、 f i e l d t e s t w a s c a r r i e d o u t R e s u l t s:T h e t e s ts h o w e d t h a t f o r t h e s t a t i o n a u t o m a t i c p o w d e r l o a d i n g a n dc o n v e y i n g p r o d u c t i o n l i n e,t h e o p e r a t i o n e f f i c i e n c y o f t h i s c o n t r o ls y s t e m w a s
12、i m p r o v e d b y c o m p a r e d w i t h t h e e x i s t i n gc o n t r o l s y s t e m,a n d t h e o u t p u t o f e a c h s t a t i o n p e r u n i t t i m e w a si n c r e a s e d b y C o n c l u s i o n:T h e n u m b e r o f s t a t i o n s t h a t t h es y s t e m c a n a c c o m m o d a t e
13、 p o i n t s h a v e b e e n r a i s e d T h ee x p e r i m e n t c a n b e u s e d f o r r e f e r e n c e i n t h e d e s i g n o f t h e c o n t r o ls y s t e m f o r r e a l i z i n g h i g h e f f i c i e n c y a n d a u t o m a t i o n o f t h e f a c t o r yr i c e f l o u r p r o d u c t i
14、o n l i n e K e y w o r d s:r i c e;P L C;f u z z y c o n t r o l;m u l t i s t a t i o n;p o w d e rl o a d i n g s y s t e m米 粉 作 为 南 方 地 区 的 一 种 传 统 主 食,深 受 消 费 者 青睐.其 生 产 流 程 主 要 包 括 碾 米、混 料、搅 拌、装 粉 输 送、熟 化 挤 丝、剪 粉、蒸 粉、包 装 等 环 节.其 中 装 粉 输 送 是米 粉 加 工 的 关 键 环 节,装 粉 效 率 直 接 影 响 整 个 生 产 线 的 效率 和 产 量
15、.传 统 装 粉 以 人 工 操 作 为 主,米 粉 生 产 效 率 低.装 料 自 动 控 制 类 问 题 在 工 业 生 产 中 涉 及 到 食 品 加工、冶 金、选 矿 布 料 等 众 多 领 域.苏 方 臣 等 引 入 料 位信 号 传 感 器 检 测 每 个 料 仓 的 料 位,通 过P L C控 制 布 料 小车 实 现 了 自 动 化 运 行.张 斌 等 提 出 了 一 种 基 于 射 频 识别 定 位 的 卸 料 小 车 自 动 寻 仓 布 料 系 统,将 定 位 数 据 和 料位 数 据 采 集 通 过 无 线 通 信 传 输,通 过P L C控 制 实 现 自 动寻 仓 布
16、 料 功 能.上 述 方 案 实 现 了 自 动 化 控 制 送 料,但 是仅 靠 往 返 送 料 控 制 方 式 相 对 简 单,因 此,需 进 一 步 优 化 控制 策 略 来 解 决 此 类 问 题.高 遵 波 等 考 虑 了 料 位 变 化 快慢 对 布 料 点 的 影 响,并 采 用 模 糊 推 理 控 制 方 法 智 能 判 断最 佳 布 料 点.葛 琳 琳 等 提 出 了 基 于P L C的 模 糊 控 制 F O O D&M A C H I N E R Y 第 卷 第 期 总 第 期|年 月|算 法 结 合 超 声 波 料 位 计 和 激 光 测 距 仪 的 反 馈 信 息,解
17、 决了 布 料 过 程 中 小 车 定 位 不 准 和 布 料 不 均 匀 的 缺 点,提 高了 自 动 化 水 平.段 鑫 通 过 分 析 运 煤 量 影 响 速 度,采 用非 线 性 控 制 算 法 中 的 模 糊 算 法 控 制 对 多 级 带 式 输 送 机 运输 系 统 进 行 智 能 调 速,实 现 了 输 送 系 统 智 能 化 控 制.上 述 方 案 都 是 通 过 模 糊 控 制 算 法 提 高 送 料 效 率,此 方法 相 对 于 传 统 的 闭 环 控 制 效 率 有 所 提 升,但 仅 设 计 单 一 的二 维 模 糊 控 制 器 变 量 较 少,随 着 工 位 数 增
18、 多,普 通 二 维 模糊 控 制 系 统 送 料 效 率 有 一 定 上 限,需 进 一 步 优 化.因 此,研 究 拟 提 出 一 种 基 于P L C模 糊 控 制 的 多 工 位 自 动 装 粉 系统.通 过 理 论 分 析 明 确 粉 料 高 度、粉 料 高 度 变 化 和 装 粉 车位 置个 变 量 因 素 对 装 粉 效 率 的 影 响 规 律,并 搭 建 模 糊 自动 控 制 系 统,进 行 仿 真 测 试.同 时 将 控 制 系 统 接 入 现 场 工作 平 台 进 行 实 际 试 验,优 化 控 制 策 略,旨 在 提 高 装 粉 的 工作 效 率 和 米 粉 的 总 产
19、量.米 粉 生 产 线 整 机 组 成 与 工 作 原 理 整 机 组 成米 粉 多 工 位 装 粉 装 置 结 构 见 图.装 粉 车 内 粉 料 由大 料 斗 搅 笼 供 给,各 工 位 的 接 粉 料 斗 由 装 粉 车 在 轨 道 上运 行 进 行 装 粉 作 业.整 机 工 作 原 理装 粉 车 首 先 在 大 料 斗 搅 笼 零 点 处 装 满 粉,每 个 工 位 上的 超 声 波 传 感 器 间 隔 一 定 时 间 进 行 剩 余 粉 料 高 度 的 采 集,将 高 度 信 息 反 馈 给P L C主 控 器,按 照 接 粉 料 斗 需 求 量 从 大到 小 依 次 确 定 待
20、装 粉 工 位,P L C输 出 控 制 信 号 驱 动 伺 服 电动 机 以 设 定 的 速 度 运 行 至 该 工 位 进 行 装 粉,根 据 每 个 工 位的 实 际 需 求 量 控 制 装 粉 车 的 仓 门 大 小.装 粉 车 上 装 有 开关 量 的 最 低 位 置 检 测 粉 料 电 容 式 传 感 器,当 装 粉 车 内 粉 料低 于 下 限 值 将 回 到 大 料 斗 搅 笼 处 进 行 补 粉 作 业.控 制 系 统控 制 系 统 结 构 见 图.控 制 系 统 硬 件 及 功 能:()控 制 器:选 择 西 门 子S P L C C P U CD C/D C系 列,模 拟
21、 量 输 出 模 块 采 用S M,通 信 模 块 采用C M(R S).轨 道 装 粉 车 接 粉 料 斗 运 行 轨 道 固 定 装 置 伺服 电 动 机 大 料 斗 搅 笼 熟 化 和 挤 粉 装 置图 装 粉 生 产 线 整 机 结 构 示 意 图F i g u r e S c h e m a t i c d i a g r a m o f t h ew h o l e s t r u c t u r e o ft h e p o w d e r f i l l i n g p r o d u c t i o n l i n e图 控 制 系 统 原 理 图F i g u r e S
22、c h e m a t i c d i a g r a m o f t h e c o n t r o l s y s t e m()超 声 波 传 感 器:使 用 电 应 普D Y P A V,电压 范 围 为 V,测 量 范 围 为 c m.采 用R S 的 通 信 方 式 和P L C进 行 通 信.超 声 波 传 感 器 安 装 在 工 位接 料 斗 的 左 上 方,主 控 器 根 据 不 同 的 地 址 发 送 查 询 距 离指 令,P L C可 直 接 读 取 各 工 位 的 高 度 数 据.()伺 服 电 动 机 及 驱 动 器:选 用 时 代 超 群 A E A S H 型 号
23、,额 定 工 作 电 压 V,带 刹 车,额 定 功 率 k W,转 矩 N m,额 定 转 速 r/m i n.伺 服 控 制 器 为S D 与 伺 服 电 动 机 搭 配 使 用.采 用 位置 控 制 模 式,通 过 接 收 的 脉 冲 频 率 和 数 量 来 控 制 伺 服 电动 机 的 距 离 和 速 度.使 用 大 料 斗 搅 笼 处 的 限 位 开 关 来完 成 零 点 位 置 寻 找.()仓 门 电 动 推 杆:电 动 推 杆 安 装 在 装 粉 车 底 部,伸缩 可 带 动 仓 门 的 开 度 大 小 来 控 制 实 际 的 需 求 量.仓 门 开度 大 小 和 米 粉 的 质
24、 量 基 本 呈 线 性 关 系.使 用 控 制 器 模 拟量 输 出 控 制 可 调 节 行 程 完 成 对 仓 门 开 度 的 控 制.()触 摸 屏:选 用 昆 仑 通 态T P C T i型 号,用 于 监 控系 统 的 整 体 运 行 状 态,设 置 相 关 参 数,记 录 实 际 的 生 产 数 据.()限 位 开 关:采 用N P N型 电 感 式 接 近 开 关 传 感 器,金 属 片 安 装 在 装 粉 车 底 部,接 近 时 限 位 开 关 导 通 发 出 控制 信 号.制 约 装 粉 效 率 的 变 量 因 素 输 入 变 量 对 装 粉 效 率 的 影 响各 工 位 接
25、 粉 料 斗 内 粉 料 高 度h将 直 接 影 响 后 续 熟 化挤 丝 流 程 的 质 量 以 及 该 工 位 的 产 量.高 度 值h由 超 声 波传 感 器 进 行 采 集,结 合 控 制 器 通 过 滤 波 算 法 进 行 优 化,取个 采 样 数 据,去 掉 一 个 最 高 值 和 一 个 最 低 值,剩 余个采 样 数 据 求 平 均 值.粉 料 高 度 值h有 上 限 值h 和 下限 值h 要 求,如 图(a)所 示.粉 料 在 此 范 围 内 熟 化 挤 丝装 置 出 粉 顺 畅 效 率 高,粉 料 高 度h低 于 下 限 值h 将 会 导致 熟 化 挤 丝 装 置 烧 锅
26、的 故 障,高 于 上 限 值h 将 导 致 下 方的 挤 丝 装 置 堵 塞,均 会 造 成 该 工 位 停 产.将 粉 料 高 度h与 高 度 下 限 值h 的 偏 差 h作 为 一 个 输 入 变 量.考 虑 到每 个 工 位 熟 化 挤 丝 装 置 加 工 速 度 不 同,导 致 各 个 工 位 接料 斗 剩 余 粉 料 高 度 变 化 的 快 慢 程 度 不 同.将 粉 料 高 度 偏差 变 化 率 h/t作 为 一 个 输 入 变 量.食 品 装 备 与 智 能 制 造 F O O D E Q U I P M E N T&I N T E L L I G E N T M A N U
27、F A C T U R I N G 总 第 期|年 月|图 接 料 斗 上 下 限 和 仓 门 开 度 示 意 图F i g u r e S c h e m a t i c d i a g r a m o ft h e u p p e r a n d l o w e rl i m i t s o f t h e r e c e i v i n g h o p p e r a n d t h e o p e n i n go f t h e b i n d o o r 随 着 工 位 个 数n的 增 加,装 粉 车 运 行 距 离 随 之 增 加,将 装 粉 车 当 前 的 实 际 位 置 与
28、待 送 工 位 位 置 偏 差 的 绝 对 值记 为 x.位 置 偏 差 的 大 小 将 直 接 影 响 装 粉 的 时 间 进 而影 响 装 粉 效 率,将 其 作 为 第个 输 入 变 量,装 粉 车 当 前 位置 值 由 伺 服 电 动 机 编 码 器 反 馈 得 出.输 出 变 量 对 装 粉 效 率 的 影 响装 粉 车 运 行 速 度 直 接 影 响 生 产 线 效 率,但 运 行 速 度过 快 产 生 的 大 惯 性 会 导 致 装 粉 车 定 位 不 准.将 装 粉 车 运行 速 度v作 为 一 个 输 出 变 量.为 进 一 步 提 高 装 粉 效 率,实 现 一 次 多 送
29、 的 目 标 满 足 更 多 工 位 的 生 产 需 求,可 根 据每 个 接 料 斗 内 料 粉 高 度 和 高 度 变 化 率 来 决 定 每 个 工 位 接料 斗 的 实 际 需 求 量.如 图(b)所 示,将 装 粉 车 仓 门 的 开度d作 为 另 一 个 输 出 变 量,根 据 每 个 工 位 的 接 料 斗 实 际需 求 量 实 现 精 准 装 粉 作 业.变 量 耦 合 关 系高 度 偏 差 h既 与 装 粉 车 的 运 行 速 度v相 关,也 与 装粉 车 仓 门 的 开 度d有 关,h越 大,v和d也 相 应 地 增 大,变 量 之 间 存 在 耦 合 关 系.利 用 模
30、糊 控 制 器 本 身 解 耦 的特 点,结 合 实 际 制 约 效 率 因 素 的 关 键 变 量,选 取 相 关 性 较小 高 度 偏 差 h和 位 置 偏 差 x来 共 同 决 定 装 粉 车 行 驶的 速 度v,装 粉 车 速 度 等 级v的 控 制 采 用 如 图(a)所 示 的模 型.选 取 相 关 性 较 大 高 度 偏 差 h和 高 度 偏 差 变 化 率 h/t,来 决 定 料 仓 门 的 开 度d,仓 门 开 度 等 级d的 控 制采 用 如 图(b)所 示 的 模 型.模 糊 控 制 算 法 模 糊 控 制 系 统 模 型在 模 糊 控 制 器 中,选 取 粉 料 高 度
31、 偏 差e、位 置 偏 差e 和 粉 料 高 度 偏 差 变 化 率e c 作 为 输 入 变 量,模 糊 化 后 分 别用E、E 和E C 表 示.电 动 机 转 速 和 装 粉 车 的 仓 门 开 度作 为 输 出 语 言 变 量,模 糊 化 后 分 别 用U 和U 表 示,设 计的 模 糊 控 制 器 结 构 如 图所 示.由 图可 知,k e、k e c、k e为 量 化 因 子,用 于 将 粉 料高 度 偏 差e、位 置 偏 差e 和 粉 料 高 度 偏 差 变 化 率e c 从 物理 连 续 值 转 化 为 模 糊 控 制 器 输 入 变 量E、E 和E C.k u和k u为 比
32、例 因 子,用 于 将 模 糊 控 制 器 的 输 出 量U 和图 控 制 器 模 型 原 理 图F i g u r e M o d e l o f t h e c o n t r o l l e r图 模 糊 控 制 器 结 构 图F i g u r e T h e s t r u c t u r e o f t h e f u z z y c o n t r o l l e rU 转 换 为 实 际 的 输 出 值u 和u.e y(k)r(k),()e y(k)r(k),()e c e(k)e(k)/T,()式 中:r 粉 料 高 度 下 限 值,m;y 粉 料 高 度 的 实 际 检 测
33、 值,m;e(k)k时 刻 的 高 度 误 差,m;r 位 置 的 设 定 值,m;y 位 置 的 实 际 检 测 值,m;e(k)k时 刻 的 位 置 误 差,m;e(k)k 时 刻 的 高 度 误 差,m;T 采 样 时 间,T s.模 糊 论 域根 据 米 粉 生 产 车 间 的 实 际 情 况,每 个 工 位 接 料 斗 深度 为 m,设 定 接 料 斗 的 上 限 值 为 m,下 限 值 为 m,则 接 料 斗 的 高 度 偏 差 的 物 理 论 域 为e m,m,装 粉 车 的 位 置 偏 差 物 理 论 域 为e m,m、高 度 偏差 变 化 率 的 物 理 论 域 为e c m
34、/m i n,m/m i n,将 其 转 换 为 整 数 论 域E,、E,和E C,则 量 化 因子 为k e、k e 和k e c.电 动 机 转 速 的 物理 论 域 为u r/m i n,r/m i n,仓 门 开 度 的 物 理论 域 为u m,m,将 其 转 化 为 整 数 论 域U,、U,比 例 因 子 为k u、k u.语 言 变 量 值 和 隶 属 度 函 数语 言 值 的 个 数 将 影 响 到 模 糊 规 则 的 复 杂 程 度,结 合|V o l,N o 牟 向 伟 等:基 于 模 糊 控 制 多 工 位 自 动 装 粉 系 统 设 计 与 试 验现 场 实 际 情 况
35、对 输 入 变 量E、E C 和E,输 出 变 量U 和U 选 用 的 模 糊 语 言 变 量 如 表所 示.在M A T L A B中 利 用F I S E d i t o r控 件 建 立 输 入 变 量和 输 出 变 量 的 隶 属 度 函 数,采 用 三 角 形 隶 属 度 函 数,如图所 示.模 糊 规 则 表为 了 提 高 装 粉 的 生 产 效 率,根 据 实 际 需 求 模 糊 规 则设 计 的 标 准:高 度 偏 差 越 大、位 置 偏 差 越 远、高 度 变 化 率越 快、速 度 越 快、仓 门 开 度 越 大;高 度 偏 差 适 中、位 置 偏 差适 中、高 度 变 化
36、率 为 零、速 度 适 中、仓 门 开 度 适 中;高 度 偏差 越 小、位 置 偏 差 越 近、高 度 变 化 率 慢、速 度 越 慢、仓 门 开度 越 小,建 立 模 糊 控 制 器 的 控 制 规 则 如 表所 示.模 糊 推 理在 多 输 入 多 输 出(M I M O)的 模 糊 控 制 器 中,每 个 输 入均 与 输 出 在 模 糊 规 则 表 中 相 对 应,而 各 个 模 糊 规 则 之 间 又存 在 一 定 的 联 系,将 这 种 对 应 的 模 糊 蕴 涵 关 系 用R i(i,n)表 示.在 每 个 模 糊 蕴 涵 关 系 的 互 相 作 用下,经 运 算 后,能 够
37、搭 建 起 一 个 总 的 模 糊 蕴 涵 关 系.该系 统 中 两 输 入 的 模 糊 控 制 器 对 应 的 模 糊 蕴 涵 关 系 搭 建 成的 总 模 糊 推 理 规 则 为:O(E E)R(E E)R(E E)R n,()O(E E C)R(E E C)R(E E C)R n,()表 模 糊 语 言 变 量 表T a b l e F u z z y l a n g u a g e v a r i a b l e t a b l e模 糊 语 言 变 量不 缺 料(Z)、缺 料(M S)、适 中(M)、较 缺 料(M B)、严 重 缺 料(B)E(高 度 偏 差)很 近(Z)、较 近(
38、M S)、一 般(M)、较 远(M B)、很 远(B)E(位 置 偏 差)负 大(N B)、负 小(N S)、零(Z)、正 小(P S)、正大(P B)E C(高 度 偏 差 变化 率)最 慢(A)、很 慢(B)、慢(C)、较 慢(D)、适 中(E)、较 快(F)、快(G)、很 快(H)、最 快(I)U(电 动 机 速 度)较 小(S S)、中 小(M S)、小(S)、适 中(M)、大(B)、中 大(M B)、较 大(B B)U(仓 门 开 度)图 隶 属 度 函 数F i g u r e M e m b e r s h i p f u n c t i o n表 模 糊 控 制 器 的 控 制
39、 规 则T a b l e C o n t r o l r u l e s o f f u z z y c o n t r o l l e rE E Z M S M M B BE C N B N S Z P S P BZ A B C D E S S M S S S MM S B C D E F M S M S S M BM C D E F G M S S M B M BM B D E F G H M S S M B M BB E F G H I M B M B M B M B 食 品 装 备 与 智 能 制 造 F O O D E Q U I P M E N T&I N T E L L I G
40、 E N T M A N U F A C T U R I N G 总 第 期|年 月|式 中:O 模 糊 控 制 器 的 输 出;E、E、E n 模 糊 控 制 器 的 输 入 变 量;R、R、R n 模 糊 蕴 涵 关 系;取 交 集;取 两 者 并 集;合 成 运 算 符.在 高 度 偏 差 h与 位 置 偏 差 x之 间 蕴 含 的 模 糊 推理 规 则 为:M(h x)R(h x)R(h x)R.()同 理,O 在 高 度 偏 差 h与 h/t高 度 偏 差 变 化 率之 间 蕴 含 的 模 糊 推 理 规 则 为:M(h h/t)R(h h/t)R(h h/t R).()因 此,选
41、择 最 为 直 接 的 最 大 隶 属 度 法 对 模 糊 集 合 进行 解 模 糊 处 理.如 果 输 出 量 模 糊 集 合 的 隶 属 度 函 数 有 多个 最 大 值,在 工 程 中 常 采 用 最 大 值 法 等 来 获 取 输 出 量 的清 晰 值.代 入 计 算 h,x,h/x,经 过推 理 计 算 可 得:v r/m i n(电 机 转 速)、d m(仓 门 开 度).()仿 真 试 验采 用M a t l a b b中 的 模 糊 控 制 工 具 可 设 计 输 入 隶属 度 和 输 出 隶 属 度 函 数 进 行 编 辑,建 立 模 糊 控 制 规 则,根据 输 入 和 输
42、 出 隶 属 度 函 数 的 选 取,每 个 模 糊 控 制 器 总 计共 有 条 规 则,模 糊 控 制 规 则 是 总 结 有 经 验 的 操 作 者 或专 家 的 控 制 知 识 经 验,制 定 出 的 模 糊 条 件 语 句 的 集 合,通常 简 写 成 一 个 表 即 模 糊 控 制 规 则 表.通 过M a m d a n i合 成推 理 方 法,采 用“i f A a n d B t h e n C”的 结 构 模 式.设 计窗 口 如 图所 示.由 图(a)可 知,电 动 机 转 速v由 当 前 检 测 的 高 度 偏差 大 小 和 位 置 偏 差 大 小 共 同 影 响.当
43、检 测 到 高 度 偏 差 和位 置 偏 差 增 大 时,电 动 机 输 出 的 转 速 也 随 之 增 大,呈 正 相关 关 系.由 图(b)可 知,当 高 度 偏 差 和 高 度 偏 差 变 化 率增 大 时,仓 门 开 度 随 之 增 大.综 上,高 度 偏 差 对 电 动 机 的图 模 糊 控 制 规 则F i g u r e F u z z y c o n t r o l r u l e s图 模 糊 关 系 曲 线 图F i g u r e F u z z y r e l a t i o n s h i p g r a p h|V o l,N o 牟 向 伟 等:基 于 模 糊 控
44、 制 多 工 位 自 动 装 粉 系 统 设 计 与 试 验转 速 和 仓 门 的 开 度 都 有 着 直 接 的 影 响,验 证 了 模 糊 规 则和 高 度 的 耦 合 关 系,说 明 试 验 设 计 的 控 制 器 符 合 预 期 设计 的 效 果.建 立 完 控 制 规 则 表 后,模 糊 控 制 系 统 建 立 完 成、在 模糊 控 制 规 则 表 中 查 看 模 糊 控 制 规 则,输 出 结 果 如 图所示.由 高 度 偏 差 和 位 置 偏 差 直 接 影 响 电 动 机 的 转 速,高度 偏 差 和 高 度 偏 差 变 化 率 直 接 影 响 仓 门 开 度,通 过 模 糊观
45、 测 器 能 够 清 楚 地 看 到,当 高 度 偏 差 为时,位 置 误 差 为,高 度 变 化 率 为,电 动 机 转 速 为,仓 门 开 度 为.经 清晰 化 处 理 后,高 度 偏 差 为,位 置 误 差 为,高 度 变 化 率为,电 动 机 转 速 为 r/m i n,仓 门 开 度 为 m.与式()的 结 果 一 致.因 此,验 证 了 试 验 方 案 的 可 行 性.图 模 糊 控 制 观 测 器F i g u r e F u z z y c o n t r o l o b s e r v e r P L C自 动 控 制 系 统 设 计为 了 在P L C上 实 现 模 糊 控
46、 制 算 法,选 用 博 图V 对S 进 行 上 位 机 编 程.主 程 序 流 程 图 如 图 所示.主 要 编 写 的 程 度 块:主 程 序 位 于O B 中,采 样 程 序 位于F C(包 括 采 集 和 优 化 后 各 工 位 的 粉 料 高 度 值 和 准 粉车 的 当 前 位 置 值),将 误 差E、E 和E C 进 行 量 化、输 出量U 和U 进 行 比 例 清 晰 化 的 程 序 块F B(背 景 数 据 块D B)和 程 序F C,模 糊 控 制 器 查 询 表 程 序 块 位 于F B(背景 数 据 块D B)和 程 序F C,装 粉 车 速 度 控 制 和 仓 门 开
47、 度控 制 的 程 序F C.装 粉 车 的 补 料 程 序 位 于 中 断 组 织 块中,其 中F B、F B 是 模 糊 控 制 系 统 的 关 键 组 成 部 分.程图 主 程 序 流 程 图F i g u r e M a i n p r o g r a m f l o w c h a r t序 采 用 模 块 化 设 计,最 终 在 主 程 序O B 块 调 用 各 个模 块.试 验 方 案 及 结 果 试 验 方 案 设 计在 实 验 室 搭 建 完 整 的 控 制 系 统 硬 件 进 行 逻 辑 测 试,验 证 控 制 程 序 逻 辑 可 行 性,并 进 行工 位 现 场 试 验
48、和n工 位 仿 真 试 验.()工 位 现 场 生 产 试 验:年月日,在 广 西桂 林 全 州 福 坪 工 业 园 区 康 乐 粉 业 有 限 责 任 公 司 米 粉 生 产车 间 现 有 的工 位 生 产 线 进 行 现 场 试 验.()n工 位 仿 真 试 验:为 最 大 程 度 发 挥 试 验 系 统 的 效率,依 据 制 定 的 模 糊 控 制 规 则,在 组 态 软 件 中 按 照 对 应 比例 设 置 进 行 仿 真 试 验,如 图 所 示,计 算 出 该 系 统 能 够满 足 的 最 大 工 位 数n.试 验 指 标 以 装 粉 的 效 率 和 单 位 小 时 总 产 量 作
49、为 评 价 指 标,并图 组 态 仿 真 界 面 图F i g u r e C o n f i g u r a t i o n s i m u l a t i o n i n t e r f a c e d i a g r a m 食 品 装 备 与 智 能 制 造 F O O D E Q U I P M E N T&I N T E L L I G E N T M A N U F A C T U R I N G 总 第 期|年 月|分 别 按 式()和 式()进 行 计 算.其 中,现 有 控 制 系 统 为普 通 的 往 返 装 粉 系 统,单 趟 只 能 装 一 个 工 位.t t t,(
50、)P P P P,()式 中:装 粉 的 效 率 提 升,;t 现 有 控 制 系 统 的 装 粉 时 间,s;t 试 验 控 制 系 统 的 装 粉 时 间,s;P 单 位 小 时 总 产 量 提 升,;P 试 验 控 制 系 统 的 单 位 小 时 装 粉 产 量,k g;P 现 有 控 制 系 统 的 单 位 小 时 装 粉 产 量,k g.试 验 结 果 及 分 析()工 位 现 场 试 验:由 表可 知,试 验 控 制 系 统 的装 粉 效 率比 现 有 控 制 系 统 装 粉 作 业 提 升 了,且装 粉 车 有 相 当 多 的 空 余 时 间 处 于 停 留 等 待 状 态,为
