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炉温的控制系统设计

1模糊控制算法设计

1.1隶属函数设计隶属函数采用三角型隶属函数,三角函数的解析表达式如式(1):1.2模糊推理为了加快控制速度,减少时间消耗,本设计采用离线计算在线查表的方法。加权平均法考虑模糊量的有关信息,能够全面反映输出的模糊推理结果,同时执行运算较为容易[2]。因此本设计采用加权平均法进行,对应的控制策略如表1所示。运行中每一对及都对应唯一的控制量变化量△U,只要找到△U的值,直接就能输出控制结果。

2模糊控制在西门子S7-200PLC中的实现

为了简化程序编写量,提高程序的通用性,并方便调试PLC程序,本设计采用了模块化编程方法[3-4]。模糊控制器由4个模块组成,模块1完成e(t)和ec(t)的计算及到模糊量E和EC的转化;模块2完成控制表查询功能;模块3完成模糊控制量到精确量的转化;模块4用来存储量化因子、比例因子及模糊控制器查询表等数据。PLC工作流程图如图3所示。2.1控制量地址计算查询模糊控制表采用基址+偏移地址的方法[5]。模糊控制查询表按照从左到右,从上到下的顺序依次存入VB200~VB248中,则控制量的基址为200;如将输入论域邀-3,-2,-1,0,1,2,3妖均转化为邀0,1,2,3,4,5,6妖,则地址偏移量为E×7+EC,加上控制量的基址200,则控制量地址为200+E×7+EC。2.2反模糊过程偏差E,及偏差变化率EC的模糊化结果分别存在VB100及VB102中,控制量变化量的查询结果存在VW300中。由于PLC输出4~20mA电信号,对应可控硅调压器的输出电压0~220V,查表所得结果要乘以10×(32000-6400)÷220,再加上现有控制量,即得输出控制量值。经过查询模糊控制表得到的控制量变化量加上原有的控制量,输出即为实际的控制量输出。

3控制效果

上位机监控采用组态王监控软件设计,红色曲线为实际测量值,绿色曲线为给定值,蓝色曲线为调压器输出电压,图6即为给定值发生10%扰动的调节过程曲线,曲线中,纵轴为百分比,横轴为时间。从运行曲线可以看出,系统响应速度快,调节时间短,稳态偏差小于5℃,能提供稳定的温度环境。

4结束语

通过合理的设备选型、软件设计、参数设置,达到了设计的目的,实践证明用PLC实现的炉温模糊控制系统编程简单、易于修改、应用广泛、可靠性高,对炉温的控制快速、平稳、准确,在实际应用中取得了较理想的运行效果。是一种切实可行的控制方式。

作者:张娜 王刚 马阳 单位:沈阳工程学院自动化学院 沈阳工程学院新能源学院


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