模糊PID在配料秤系统中的设计与应用

论文摘要

目前,在配料和输送过程的称重技术在能源、冶金、制造、交通、化工等行业应用比较广泛,但大多数配料和输送过程的称重系统采用常规PID调节进行控制,其不足之处是:第一,参数固定,准确度不高、稳定度不高和称重智能化方面比较落后;第二,整个称重系统中配料秤实时动态调节能力不够好;第三,无法自适应参数调整,以至于不能在初始化、抗干扰、鲁棒性方面进一步增强。本文以山西焦化厂150万吨自动化配煤控制系统为基础,着力解决在配煤控制过程中,干扰频繁,实时动态调节能力不够好等问题,采用模糊PID控制算法,在线实现PID参数的调整,使控制系统的响应速度快,过度过程时间大大缩短,超调量减少,震荡次数少,使其具有较强的鲁棒性和稳定性。本文主要分为四个部分:首先介绍了实际工程中配煤控制系统的主要工艺,系统的设备构成,硬件部分包括配料秤秤体、可编程控制器、施工现场的设备安装基础、配料秤仪表、以及电振给料机等等,还有本次工程中需要完成的任务。其次,介绍了完成此项目所需要的软件产品,以及对产品的说明,系统的上位机画面显示,系统控制回路,工作原理等。第三,介绍了模糊控制器的特点,以及经典PID控制的特点,并且将两者结合,优势互补,形成模糊PID控制,并阐明了模糊PID控制器的设计原理和详细设计步骤,最终将调节PID参数的控制查询表变成计算机可以接受的数学模型,从而在理论算法上实现对PID参数的在线调节。第四,在本配煤控制系统中模糊PID控制不仅可以在上位机组态软件中实现,也可以在下位机PLC中实现,还可以在称重仪表内的单片机上实现。但是由于在调试过程当中,需要不断的改进调节参数、控制规则或者非模糊化的方法来做实验,但是我们生成矩阵后,又会因为矩阵的庞大在输入过程当中经常出错,或者浪费很多时间,所以这里重点介绍了一种可以快速实现模糊PID的方法。最后,实践并且仿真对比了控制效果。本文以模糊PID算法为基础,经过多次试验和仿真,最终形成了一套比较好的实验方法,使得数据能够被快速分析调试,并且显示出其在控制过程中的优越性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 题目来源
• 1.2 国内外情况综述
• 1.3 模糊控制技术的发展以及应用概况
• 1.4 课题的研究背景
• 1.5 课题主要工作及要求
• 第二章 系统设备构成
• 2.1 系统主要工艺
• 2.2 系统组成部分
• 2.2.1 可编程控制器（PLC）
• 2.2.2 控制系统编程软件
• 2.2.3 施工现场设备安装基础
• 2.2.4 配料秤计量仪表
• 2.2.5 电振给料机
• 2.3 单系统工作控制主回路
• 2.4 系统工作原理
• 第三章 系统软件设计
• 3.1 系统上位机控制显示软件
• 3.1.1 组态软件说明以及人机界面 HMI
• 3.1.2 总线驱动程序 MODBUS
• 3.2 系统上位机计量显示软件
• 3.2.1 编程语言环境
• 3.2.2 数据库
• 3.2.3 程序界面构架
• 第四章 模糊PID 控制器的设计
• 4.1 模糊控制概述
• 4.1.1 模糊控制特点
• 4.1.2 模糊控制基本概念和理论
• 4.1.3 模糊控制器的设计
• 4.2 经典PID 控制概述
• 4.2.1 PID 控制特点
• 4.2.2 PID 参数整定
• 4.2.3 PID 调试步骤
• 4.3 模糊PID 控制
• 4.3.1 模糊PID 控制原理
• 4.3.2 模糊PID 控制器的设计
• 第五章 模糊PID 控制器的实现
• 5.1 模糊PID 控制器实现工具
• 5.1.1 MATLAB 软件简介
• 5.1.2 MatrixVB 简介
• 5.2 模糊PID 控制器实现步骤
• 5.2.1 编写接口函数
• 5.2.2 在VB 内核中调用COM 组件
• 5.2.3 在VB 中调用Matrix VB 组件
• 5.2.4 生成配料秤仪表内C 语言模糊PID 矩阵查询代码
• 5.3 仿真与结果对比
• 第六章 结论及展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 论文需要进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录