[发明专利]基于模糊PID控制的滤棒推送系统设计方法

摘要

本发明公开了一种基于模糊PID控制的滤棒推送系统设计方法，包括设置滤棒装盒机推送机构、模糊PID控制器设计、算法设计等步骤。本发明使推送机构可以实现柔性烟用滤棒装盒，定位精度优于0.1mm，提高了滤棒装盒机的装盒质量。

主权项

1.一种基于模糊PID控制的滤棒推送系统设计方法，包括设置滤棒装盒机推送机构，所述滤棒装盒机推送机构包括上下推板模块、整推机构，在滤棒装箱过程中，装填机构将排列好的滤棒整齐地装填在储棒仓，推送机构将储棒仓内的整齐排列的滤棒整盒推送至空纸盒中；其特征是：推送机构伺服控制系统采用半闭环控制结构，由触摸屏、可编程控制器、模糊自适应PID控制器、伺服驱动器和伺服电机构成控制系统；经触摸屏设置烟用滤棒的长度参数，滤棒范围为70mm～200mm，由PLC发送位置信号与编码器采集到的实际的位置信号的误差和误差变化作为模糊自适应PID控制器的输入，输出实时位置信号的修正量；在模糊自适应PID控制器中，利用模糊控制规则在线自动调整PID控制器最佳参数，由伺服驱动器驱动伺服电机带动丝杆完成推送机构动作的控制；模糊PID控制器设计：设计模糊PID控制系统为双输入三输出的系统，比例系数KP作用在于提高系统调节精度；积分系数KI作用在于消除系统的稳态误差；微分系数KD作用在于改善系统的动态性能；利用系统偏差E和偏差变化率EC在线自整定参数KP、KI、KD，使得控制系统能够及时调整系统参数，能够快速响应；根据推送机构的的定位要求，设输入语言变量E和EC，输出语言变量ΔKP、ΔKI、ΔKD的论域均为[‑6,+6]，即为{‑6，‑4，‑2,0，+2，+4，+6}，其模糊集为{NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}，它们分别表示负大，负中，负小，零，正小，正中，正大；输入信号e和ec的量化因子分别为Ke＝0.1467，Kec＝5.96，输出变量的量化因子为K1(ΔKP)＝0.1，K2(ΔKI)＝0.016，K3(ΔKD)＝0.012；论域和模糊集确定之后，需要对模糊变量确定隶属函数，即对模糊变量赋值，确定论域内元素对模糊变量的隶属度；输入语言变量的隶属函数选择高斯函数，输出语言变量的隶属度函数选择灵敏度较高、算法简单的三角形函数；PID参数的调整必须考虑到不同时刻KP、KI和KD参数的作用以及相互的关系，不同的偏差E和偏差变化率EC对PID控制器参数的整定要求不同；模糊控制量的精确化又称解模糊,由于加权平均法较适合于输出模糊集的隶属度函数是对称的情况，因此采用加权平均法精确模糊控制量，其计算公式如下：公式中，kj＝μ(ωj)，j＝1,2,…,n。ωj和μ(ωj)分别表示各对称隶属度函数的质心和隶属度值；在线运行过程中，控制系统通过对模糊规则的结果处理、查表和运算，完成对PID参数的在线自调整；算法设计：系统通过PLC进行模糊PID控制，需将模糊控制规则表存储到PLC的数据模块中，通过编写查表程序，下载到PLC中实现模糊PID控制；模糊控制是使用PLC直接查表法；在模糊控制程序中需实现输入量模糊化、在线查询模糊控制规则表、控制量去模糊；算法设计是在程序中建立DB数据块，将模糊控制查询表从上到下，从左到右的顺序分别存入PLC数据块中，量化因子Ke、Kec、K1(ΔKp)，K2(ΔKi)，K3(ΔKd)也写入PLC的数据寄存器，然后，采样计算e1、e2、ec，并将计算结果存入数据寄存器中，判断误差e与误差率ec是否越限，若越限，将越限变量设定为上限值或下限值，若没有越限，则将e与ec乘以量化因子，四舍五入得到量化等级，再按照公式计算得到模糊控制器输出参数在DB数据块的存储地址，利用存储器间接寻址的方式，获得ΔKP、ΔKI、ΔKD三个参数的模糊推理输出值，最后，将模糊推理输出值乘以量化因子，得到PID参数的实际修正值。