模糊控制算法在造紙過程中的應(yīng)用研究.pdf

1、制漿造紙過程是一個(gè)復(fù)雜的化工過程，其中涉及到的設(shè)備，不論數(shù)量還是種類，都是其它多數(shù)工業(yè)過程所不能比擬的。而在整個(gè)生產(chǎn)流程中涉及到的數(shù)量龐大的控制回路中，相當(dāng)一部分具有高度的非線性、多干擾、強(qiáng)耦合、大滯后等特點(diǎn)。盡管如此，這其中絕大部分采用的還是傳統(tǒng)PID控制算法，或者是各個(gè)PLC制造商集成的PID功能塊(例如西門子的FB41、42等)。FB42是西門子Step7編程平臺(tái)中集成的非連續(xù)PID功能塊，主要用于以電動(dòng)閥為代表的數(shù)字量控制回路。

2、數(shù)字量控制回路，就是一類執(zhí)行機(jī)構(gòu)僅接受數(shù)字量控制信號(hào)的特殊回路。這類回路在制漿造紙過程中廣泛存在，其顯著特點(diǎn)就是其中的數(shù)字式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性也給這類回路的控制帶來了新問題。 本論文在簡(jiǎn)要介紹造紙流程的基礎(chǔ)上，討論了數(shù)字量回路在造紙過程中的使用特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了西門子PID功能塊FB42的內(nèi)部構(gòu)成，以及它在實(shí)際應(yīng)用過程中存在的若干問題。針對(duì)這些問題，結(jié)合模糊控制理論的相關(guān)知識(shí)提出解決方案，并加以仿真驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，將新的控

3、制方案編程實(shí)現(xiàn)并投入實(shí)際造紙過程應(yīng)用。根據(jù)這條主線，本文從以下幾方面展開了討論。 首先，論文論述了本課題的研究背景。介紹了制漿造紙過程的典型工藝流程，引出了數(shù)字量回路在制漿造紙過程中應(yīng)用的廣泛性及其研究意義。同時(shí)對(duì)回路中最常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)——電動(dòng)閥的特性進(jìn)行了總結(jié)，據(jù)此建立了電動(dòng)閥的仿真模型，并分析了造紙工業(yè)中應(yīng)用電動(dòng)閥的幾類典型數(shù)字量回路。 在簡(jiǎn)單介紹模糊控制相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)之后，對(duì)西門子功能塊FB42及其內(nèi)部各部分工作流程

4、進(jìn)行詳細(xì)分析，通過試驗(yàn)和源代碼的解讀發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的工作過程大致可以分為PID運(yùn)算和脈沖輸出兩大塊。其中，PID運(yùn)算主要完成了比例和積分運(yùn)算。積分參數(shù)不固定是FB42的特色之一，它與運(yùn)算周期、閥門的行程時(shí)間和偏差有關(guān)。這種考慮回路偏差的參數(shù)選擇過程，無疑有利于平衡系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)快速這對(duì)矛盾。PID運(yùn)算得到的控制信號(hào)是不能直接輸出給數(shù)字式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的，所以，把PID的控制輸出通過一個(gè)三步元件轉(zhuǎn)換成一個(gè)或多個(gè)脈沖輸出，也是FB42區(qū)別于其它P

5、ID算法的一個(gè)重要特征。在這些分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立了西門子PID功能塊的仿真模型。 其次，根據(jù)已建立的電動(dòng)閥和功能塊模型，結(jié)合它們?cè)趯?shí)際工程中的應(yīng)用情況，總結(jié)其中存在的幾點(diǎn)主要問題。 數(shù)字量回路中存在的問題歸根結(jié)底是其非線性和對(duì)集成功能塊結(jié)構(gòu)不清楚所導(dǎo)致的。為此，結(jié)合前面的相關(guān)介紹，給出了用回路偏差值來動(dòng)態(tài)修改功能塊中相關(guān)參數(shù)的思想，這些參數(shù)除了傳統(tǒng)的比例積分參數(shù)外還包括脈沖產(chǎn)生環(huán)節(jié)中的高電平最小持續(xù)時(shí)間和低電平最小持

6、續(xù)時(shí)間參數(shù)等。為了避免非線性帶來的負(fù)面影響，從實(shí)際工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，提出了將模糊控制理論與FB42相結(jié)合來解決問題的新策略。 模糊控制理論與FB42的結(jié)合體現(xiàn)在模糊規(guī)則的制定上。綜合對(duì)現(xiàn)有控制器的分析成果，立足于已有的參數(shù)調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)，制定相關(guān)規(guī)則表，以此為依據(jù)建立模糊控制器仿真模型。這個(gè)模型和前文已建立的電動(dòng)閥模型、功能塊模型通過相互信號(hào)傳遞構(gòu)成一個(gè)完整的仿真回路。 最后，對(duì)這個(gè)回路進(jìn)行仿真，得到的響應(yīng)曲線對(duì)比于西門子PI