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研討真空釬焊爐溫度管理體系

2018-07-05

常規PID控制方案分析所謂PID控制就是一種對偏差信號()進行比例、積分和微分變換的控制規律,即()=p()+i0()d+dd()d根據Simulink軟件工具的使用方法和真空釬焊爐溫度控制系統的數學
模型
關系式()=K/(+s)及ZieglerNichols整定公式所得PID參數(i=0.5,d=1,p=5),得到所示的PID控制仿真結構圖。
分析(a)和(b)可知,被控對象數學模型的參數改變時,系統能穩定運行,穩態誤差為零,其超調模糊控制仿真結構示意圖根據真空釬焊溫度控制系統的特點,中的誤差、誤差變化率和輸出量的論域均為[6,6],描述它們工作狀態的詞集都為{負大,負中,負小,零,正小,正中,正大},模糊子集的隸屬函數選用gauss2mf,采用mamdani推理方法,控制規則共有49條,誤差的量化因子為0.1,誤差變化率的量化因子為0.05,控制量的量化因子為0.5.
(a)就是數學模型為()=10/( 0.001)時的仿真運行輸出曲線示意圖,(b)就是數學模型為()=8/( 0.006)時的仿真運行輸出曲線示意圖。
模糊控制仿真階躍響應曲線加熱設備量分別為114和115.5,其過渡過程時間分別為50,55s.
由此可見,利用PID控制時,其控制性能隨數學模型的改變而變化,而且導致性能變差。
模糊(FUZZY)控制模糊控制不用建立數學模型,根據實際系統的輸入輸出結果數據,參考現場操作人員的運行經驗及專家的知識,對系統進行實時控制。針對真空釬焊溫度系統非線性和數學模型時變的特點,引入模糊控制,以彌補常規PID控制的局限性3。
根據模糊控制的基本規律,其核心就是模糊控制器(FuzzyControl,簡稱‘FC’),FC由模糊化接口(FuzzyInterface)、知識庫(KnowledgeBase-KB)、推理與解模糊接口組成。模糊化接口的主要作用是將實際的輸入量轉換為一個模糊矢量,利用模糊子集和隸屬函數來完成轉化工作。KB由數據庫和規則庫兩部分組成,數據庫中存放經過變量論域等級離散化處理以后模糊值的集合,規則是基于專家知識或操作人員長期積累的經驗,規則庫中存放控制器全部的關系。
采用廣泛的二維模糊控制器,根據Simulink軟件中模糊邏輯模塊使用方法和真空釬焊爐溫度控制系統的數學模型關系式()=/(+s),按照實踐經驗及專家知識所設計的模糊控制器,設計出如所示的模糊控制仿真結構圖。
通過分析,可明顯地看到模糊控制具有自適應被控對象數學模糊改變的優點,比常規的PID控制響應速度快,且沒有超調,但也存在突出的問題,即系統存在穩態誤差-8.
4模糊(FUZZY)智能整定PID參數控制真空釬焊爐溫度控制系統具有明顯的時變性和非線性特點,為此,通過前面兩種方案的分析,常規PID控制能消除系統誤差,但對數學模型的改變比較敏感,且調節時間較長、超調大;而模糊控制具有調節快速,無超調的優點,但它不能消除系統的靜差;如能綜合兩者的優點,用于真空釬焊溫度控制系統中,一定能取得較好的控制性能,為此,選用簡單而實用的模糊自適應整定PID參數的控制策略。
模糊自適應整定PID控制系統主要由參數可調的PID和模糊控制系統兩部分組成。PID參數模糊自整定是找出PID三個參數p、i、d與誤差和誤差變化率之間的模糊關系,在運行中通過不斷檢測和,根據模糊控制原理對p、i、d三個參數進行在線修改,以滿足不同和情況下,對控制參數的不同要求。
利用MATLAB中的Simulink仿真工具和FuzzyLo-gicControl工具箱,按模糊控制輸入變量和輸出變量及控制規則的要求,生成FIS(FuzzyInterfaceSystem)文件和變量4;得到如所示的模糊自適應整定PID仿真結構示意圖。
運行所設計的模糊自適應整定PID仿真系統,得到相應的階躍響應曲線。(a)就是數學模型為()=10/( 0.001)時的仿真運行輸出曲線示意圖,(b)就是數學模型為()=8/( 0.006)時的仿真運行輸出曲線示意圖。
分析(a),系統輸出的最大值為104,過渡時間為22s;分析(b),系統輸出的最大值也是104,過渡時間為23s;充分說明模糊整定PID參數的控制方案具有很好的適應性,并能顯著地克服常規PID和模糊控制的局限性,改善系統的動態性能指標。
真空釬焊爐模糊自適應整定PID仿真示意圖模糊自適應整定PID控制仿真階躍響應曲線5結論總之,利用MATLAB所集成的SimuLink仿真軟件對真空爐溫度控制系統分別采用常規的PID控制方案、模糊控制方案和模糊自適應整定PID控制方案,在相同條件下,分析它們仿真輸出結果,結合相應階躍響應曲線,各自控制性能指標如所示。
三種控制方案性能表()=10/(+0.001)()=8/(+0.006)穩態誤差超調量過渡過程時間穩態誤差超調量過渡過程時間常規PID01450015.555模糊控制807808模糊智能整定PID04220423模型分析,顯然模糊自適應整定PID從系統階躍響應超調量和調節過渡時間都要優于前兩種控制方案,充分說明在真空爐溫度控制系統中引入模糊自適應整定PID的必要性。

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