基于PLC的先进控制策略的研究与应用

论文摘要

PLC（Programmable Logic Controller）以其可靠性高、抗干扰能力强、功能丰富等强大技术优势,成为目前自动化领域的主流控制装置。然而,PLC还大都只是承担最基本的控制功能,如顺序控制和PID反馈控制。然而,随着工业的不断发展,过程对象越来越复杂,非线性、大滞后、强耦合系统的数学模型难以建立,单纯的PID控制很难满足控制要求。而先进控制策略对于解决这类系统的控制问题,显示出强大的优势。因此把先进控制嵌入到PLC中去,是当前一个研究热点。论文首先在前人研究的基础上总结了先进控制策略在PLC上实现的研究现状,重点分析了PLC模糊控制器的实现方法。随后介绍了本人在研究生期间为秦皇岛邦迪管路有限公司所做的双层刹车管生产线改造项目的工艺流程。论文在分析了双层刹车管生产线轧机部分的工作原理和机械执行机构的特点的基础上,总结了影响钢带传送速度的因素,最终确定了应用模糊PID控制系统对钢带传送速度进行控制的解决方案。应用FX2N系列PLC及其模拟量模块作为核心控制器完成了控制系统的硬件设计。并结合PLC的特点,给出了基于PLC的模糊控制的实现方法,详细阐述了PLC模糊控制器的设计步骤。应用MATLAB的模糊控制工具箱,设计了模糊控制查询表,在试验数据的基础上计算给出了模糊控制的尺度变换比例因子。应用FX2N系列PLC的编程工具GX-Developer 7.0和三菱A970GOT-TBA-CH人机界面的编程工具GT Designer 2.0编制系统控制程序,实现了在线查表方式的模糊PID控制。分别在开环控制、模糊控制和模糊PID控制模式下测试了钢带传送的实际速度,对钢带速度误差进行了分析,验证了模糊PID控制系统对解决该问题的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 前言
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 论文研究的主要内容及工作简述
• 1.2.1 PLC控制系统的设计
• 1.2.2 模糊PID控制器的设计
• 1.3 国内外文献综述
• 1.3.1 PLC在工业控制领域的应用
• 1.3.2 PLC控制系统分类
• 1.3.3 PLC模糊控制器
• 1.3.4 模糊PID控制的发展现状
• 第二章 系统工艺流程
• 2.1 系统工艺流程简介
• 2.2 影响钢带速度控制精度的因素
• 2.3 轧机恒速运转的解决方案
• 2.4 本章小结
• 第三章 控制系统硬件设计
• 3.1 控制方案的总体设计
• 3.1.1 控制方式的选择
• 3.1.2 控制方案设计
• 3.2 控制系统硬件选用
• 3.2.1 PLC的选用
• 3.2.2 特殊功能模块的选用
• 3.2.3 人机界面的选用
• 3.3 系统控制电路的设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 模糊PID控制器的设计
• 4.1 模糊PID控制器
• 4.2 模糊控制器
• 4.2.1 精确量的模糊化
• 4.2.2 模糊控制器结构的选择
• 4.2.3 模糊控制器的设计
• 4.3 MATLAB辅助模糊控制系统设计
• 4.3.1 MATLAB模糊逻辑工具箱
• 4.3.2 利用GUI设计FIS
• 4.4 尺度变换比例因子的确定
• 4.5 本章小结
• 第五章 控制系统的软件设计
• 5.1 PLC的编程语言
• 5.2 用GX Developer编写梯形图
• 5.3 PLC程序的总体设计
• 5.4 模糊控制在PLC中的实现
• 5.4.1 输入量的模糊化及梯形图的设计
• 5.4.2 模糊控制表的PLC实现方法及其查询
• 5.4.3 控制量的去模糊及输出
• 5.5 PID控制在PLC中的实现
• 5.5.1 PID控制基本公式
• 5.5.2 FX2N系列PLC的PID指令
• 5.5.3 PID控制参数的确定
• 5.6 本章小结
• 第六章 控制系统的试验研究
• 6.1 试验的总体方案
• 6.2 试验系统的软件方案
• 6.3 试验结果分析
• 6.3.1 开环控制下的试验结果
• 6.3.2 模糊控制下的试验结果
• 6.3.3 模糊PID控制下的试验结果
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论和展望
• 参考文献
• 致谢