（平頂山學(xué)院 電氣信息工程學(xué)院，平頂山 467000）

0 引言

熱壓機(jī)是人造板生產(chǎn)中的重要加工設(shè)備，現(xiàn)代人造板熱壓機(jī)的厚度控制，一般采用電液伺服系統(tǒng)或機(jī)液伺服系統(tǒng)通過(guò)PID調(diào)節(jié)進(jìn)行閉環(huán)控制。但作為壓制對(duì)象的人造板纖維或刨花等是一種不連續(xù)介質(zhì)，在壓制過(guò)程中由于厚度的變化，引起負(fù)載變化對(duì)液壓系統(tǒng)的工作壓力的變化沒(méi)有一個(gè)確定的數(shù)學(xué)模型，非線(xiàn)性非常明顯。因此，即使應(yīng)用PID調(diào)節(jié)控制，也難以收到滿(mǎn)意的效果。而模糊控制正是一種非線(xiàn)性控制，不需要精確的數(shù)學(xué)模型。因此，本研究以模糊控制與傳統(tǒng)PID控制相結(jié)合的新控制方式對(duì)刨花板熱壓過(guò)程中的厚度控制進(jìn)行試驗(yàn)與仿真分析。

1 熱壓機(jī)控制系統(tǒng)

1.1 熱壓機(jī)控制系統(tǒng)原理圖

主要設(shè)備有S7-200CPU226、EM232、EM235、激光傳感器ZX-LD300、功率放大器ZX-LDA41、電液比例閥EFBG-03、一臺(tái)臺(tái)灣朝田生產(chǎn)的YYSYT-001型開(kāi)放式液壓綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)、MS-2壓力變送器兩個(gè)、DS-12-FR定量泵與MVP-30-F/A3變量泵等。熱壓機(jī)控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)原理圖

1.2 熱壓機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

結(jié)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的實(shí)際參數(shù)，求出各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，最后求得被控對(duì)象的傳遞函數(shù)（詳細(xì)過(guò)程見(jiàn)參考文獻(xiàn)2）為：

1.3 基于PLC模糊PID控制原理圖

基于PLC模糊PID控制原理圖如圖2所示。

圖2 熱壓模糊PID控制框圖

圖2中，kp是比例系數(shù)，ki是積分系數(shù)，kd是微分系數(shù)。模糊PID控制器通過(guò)PLC把模糊控制、專(zhuān)家系統(tǒng)以及PID控制器結(jié)合起來(lái)，利用專(zhuān)家系統(tǒng)知識(shí)實(shí)時(shí)修正PID參數(shù)，以達(dá)到最佳控制效果。

2 模糊PID控制規(guī)則

實(shí)驗(yàn)思路：首先通過(guò)做大量的PID控制試驗(yàn)獲取本系統(tǒng)控制的專(zhuān)家系統(tǒng)知識(shí)，并記錄系統(tǒng)偏差、偏差變化率、上升時(shí)間和控制輸出等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線(xiàn)，其次確定P、I、D各參數(shù)范圍，然后取不同的P、I、D再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后分析得出模糊PID控制規(guī)則。

2.1 P、I、D參數(shù)范圍的確定

要確定模糊PID控制規(guī)則，必須先確定每一個(gè)單獨(dú)參數(shù)的具體范圍。實(shí)驗(yàn)方法為：1）I、D為定值，改變P值，每次實(shí)驗(yàn)50次；2）P、D為定值，改變I值，每次實(shí)驗(yàn)50次；3）P、I為定值，改變D值，每次實(shí)驗(yàn)50次。在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，最后確定P的范圍為[1,30]；I的范圍為[1,10]；D的范圍為[0,0.006]。

2.2 實(shí)驗(yàn)及PID控制規(guī)則的確定

根據(jù)PID各參數(shù)的范圍任意選取P、I、D參數(shù)各六個(gè)，觀(guān)察實(shí)驗(yàn)效果。根據(jù)確定P、I、D各參數(shù)范圍時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析，選取P值為28、15、10、7、2、1；I值為 9、7、6、4、3、1；D值為 0.006、0.003、0.001、0.0005、0.0001、0，進(jìn)行216次試驗(yàn)，反復(fù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析驗(yàn)證，而后確定模糊PID控制規(guī)則如表1、表2和表3所示。

表1 kp 控制規(guī)則表

表2 ki 控制規(guī)則表

表3 kd 控制規(guī)則表

根據(jù)模糊控制規(guī)則表可以分別求出kp、ki和kd控制規(guī)則表參數(shù)在不同偏差和偏差變化率下的所有模糊取值的隸屬度，然后根據(jù)e的測(cè)量值，并根據(jù)反模糊化加權(quán)平均規(guī)則進(jìn)行判決，即可求出kp、ki和kd的精確控制參數(shù)kp、ki和kd值，即：

3 仿真

3.1 模糊PID仿真模型

在SIMULINK環(huán)境中建立的模糊PID仿真模型如圖3所示。

圖3 熱壓模糊PID系統(tǒng)仿真框圖

3.2 三種控制方式的仿真比較

對(duì)單位負(fù)反饋閉環(huán)控制、經(jīng)典PID控制與模糊PID控制等三種控制方式的階躍響應(yīng)進(jìn)行仿真，仿真曲線(xiàn)如圖4所示 。

圖4 仿真曲線(xiàn)圖

圖4表明：經(jīng)典PID控制與單位負(fù)反饋閉環(huán)控制相比，經(jīng)典PID控制出現(xiàn)較大的超調(diào)量，但上升時(shí)間大大縮短，振蕩后趨于穩(wěn)定。而與經(jīng)典PID控制相比，模糊PID控制的性能又有了顯著的提高，振蕩明顯減小，上升時(shí)間縮短。

4 結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)人造板熱壓工藝流程分析的基礎(chǔ)上，把模糊控制與傳統(tǒng)PID控制相結(jié)合的新控制方法應(yīng)用于熱壓機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析研究，以及對(duì)不同控制方法控制效果的仿真分析，結(jié)果表明，這種新的控制方法控制效果理想。

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