基于PLC和變頻器的冷媒水壓力控制
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3.1 模糊pid控制特點(diǎn)
經(jīng)典pid閉環(huán)算法難于實(shí)現(xiàn)冷媒水壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制收斂。模糊pid控制利用當(dāng)前的控制偏差，結(jié)合被控過程動(dòng)態(tài)特性的變化，并針對(duì)具體過程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)一定的控制要求或目標(biāo)函數(shù)，通過模糊規(guī)則推理確定控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。
模糊控制對(duì)數(shù)學(xué)模型的依賴性弱，不需要建立過程的精確數(shù)學(xué)模型。模糊控制對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程有較好的控制作用，但對(duì)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差無法消除。因此針對(duì)模糊控制和pid控制的各自特點(diǎn)，應(yīng)用pid控制結(jié)合模糊控制的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的階梯分段控制將會(huì)取得良好的控制效果。
3.2 模糊pid控制過程
本系統(tǒng)由于用戶用水需求不確定，管網(wǎng)水壓波動(dòng)較大，數(shù)學(xué)模型很難確定，而模糊控制不需要精確的數(shù)學(xué)模型，因此壓力控制算法采用模糊pid控制方式[2]-[4]進(jìn)行設(shè)計(jì)。
模糊pid控制以誤差e和誤差變化ec作為輸入，經(jīng)模糊化后用模糊語言描述，利用模糊控制規(guī)則來判斷控制量的真實(shí)值, 輸出變量為u，為4～20ma的控制電流。模糊控制器的工作過程可以描述為：首先將模糊控制器的輸入量轉(zhuǎn)化為模糊量，以供模糊控制邏輯決策系統(tǒng)用,模糊決策器根據(jù)控制規(guī)則決定模糊關(guān)系r，應(yīng)用模糊邏輯推理算法得出控制器的模糊輸出量,最后經(jīng)精確計(jì)算得出控制量控制被控對(duì)象。模糊pid控制圖如圖2所示。
圖2 模糊pid控制框圖
對(duì)壓差e、壓差變化率ec和控制量u的模糊語言變量分別為e、ec和u，其模糊語言變量的模糊語言值均為：{nb、nm、ns、zo、ps、pm、pb}，表示{負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大}。一般模糊論域中所含元素個(gè)數(shù)為模糊語言詞集的2倍，所以模糊論域?yàn)閧-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6}。根據(jù)比例因子ke和kec將e和ec模糊化。
其中n=6，管網(wǎng)壓力變化范圍為0. 3～0.5mpa ,而設(shè)定值為0.4 mpa，得出誤差的基本論域e∈[ - 0. 1、0.1]；由經(jīng)驗(yàn)得知，在正常情況下壓力變化不會(huì)超過0.05 mpa/s，故誤差變化量的基本論域ec∈[ - 0. 05、0.05]；因此可得誤差e和誤差的增量ec的比例因子分別為60和120。考慮對(duì)論域的覆蓋程度、靈敏度和魯棒性原則，本系統(tǒng)隸屬函數(shù)選擇為三角形隸屬函數(shù)。
模糊控制規(guī)則是模糊控制的核心，它能夠模擬人的基于模糊概念的推理能力，也就是利用語言歸納手動(dòng)控制策略的過程。模糊控制的確定，實(shí)質(zhì)上是將控制經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)而得出一條條模糊條件語句。用復(fù)合條件語句表示為：if
e=nl andec=nl
then u=nl，從而使系統(tǒng)輸出響應(yīng)的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性都達(dá)到最佳。本系統(tǒng)中，由于e和ec各有7個(gè)語言輸入值,故共有7×7=49條if-then語句，可歸納為模糊控制規(guī)則表，具體如附表所示。
4 結(jié)束語
本文設(shè)計(jì)一種基于plc和變頻器的且具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的冷媒水自動(dòng)控制系統(tǒng)，具有響應(yīng)快速、準(zhǔn)確，操作方便，維護(hù)便利，高效節(jié)能等特點(diǎn)。將模糊pid控制器應(yīng)用于該恒壓控制系統(tǒng)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)pid控制的不足，改善了系統(tǒng)的非線性、大滯后性等特征，提高了系統(tǒng)的魯棒性。
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評(píng)論