基于模糊PID的帶式輸送機(jī)張緊裝置的研究

程亮 馬一銘

【摘要】為了促使長(zhǎng)距離帶式的輸送機(jī)液壓自動(dòng)張祭系統(tǒng)在進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)過(guò)程中不平穩(wěn)以及不連續(xù)等的問(wèn)題得到有效解決，從而提出了采用模糊PID進(jìn)行有效控制的策略。主要以帶式輸送機(jī)的張緊裝置在啟動(dòng)的過(guò)程中為例，采用基于模糊PID的仿真控制器，從而促使帶式輸送機(jī)在進(jìn)行啟動(dòng)過(guò)程中張緊壓力的情況得到緩解，進(jìn)而能夠在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)張緊力平穩(wěn)連續(xù)的切換。

【關(guān)鍵詞】模糊PID;帶式輸送機(jī);張緊裝置

在帶式輸送機(jī)中輸送帶的張緊裝置使其重要的不可或缺的一部分，該裝置與輸送機(jī)的使用壽命以及安全運(yùn)行緊密相聯(lián)。雖然傳統(tǒng)的緊張控制系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，但因?yàn)楣ぷ鞣绞降鹊脑蚨鴰?lái)的響應(yīng)慢以及張緊力不足等的情況仍未得到有效解決。近年來(lái)，隨診工業(yè)化的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在針對(duì)智能自動(dòng)化的研究中模糊控制逐漸成為較為活躍的一部分。其中模糊PID控制技術(shù)在其中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，并且逐漸成為未來(lái)應(yīng)用以及研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。在本研究中針對(duì)實(shí)時(shí)性控制的要求，經(jīng)過(guò)對(duì)控制器進(jìn)行仿真分析，進(jìn)而基于模糊PID的帶式傳送控制模式，進(jìn)而能夠促使在傳統(tǒng)控制中存在的缺陷得到有效改善，并使帶式輸送機(jī)的使用效率得到顯著提升，針對(duì)以上內(nèi)容做如下綜述。

一、張緊裝置的安裝位置確定

隨著帶式輸送機(jī)運(yùn)量的增加以及運(yùn)距的加長(zhǎng)，在進(jìn)行張緊裝置的布置時(shí)，對(duì)于位置的合理選擇也顯得至關(guān)重要。若不能進(jìn)行張緊位置的合理選擇，則會(huì)對(duì)帶式輸送機(jī)的正常運(yùn)行情況產(chǎn)生一定影響，尤其是針對(duì)輸送機(jī)在啟動(dòng)以及停機(jī)的過(guò)程中。受其粘彈性等的影響，輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置若不能提供平滑且緩慢的加速過(guò)程，則會(huì)導(dǎo)致輸送帶產(chǎn)生相對(duì)較大的彈性改變，進(jìn)而使其能夠產(chǎn)生相對(duì)較大的動(dòng)張力。反之，若輸送帶的張緊裝置能夠進(jìn)行合理的安置，則能夠促使輸送帶動(dòng)張力的產(chǎn)生情況顯著減小，進(jìn)而對(duì)其影響進(jìn)行有效克服。張緊裝置在進(jìn)行安裝的過(guò)程中主要遵循以下原則：（1）最好將輸送帶的最小張力點(diǎn)作為張緊裝置的位置;（2）當(dāng)傾斜布置時(shí)輸送帶的坡度<5%或者輸送帶的長(zhǎng)度>300m時(shí)，應(yīng)在驅(qū)動(dòng)滾筒的空載側(cè)jinx那個(gè)張緊裝置的安裝，也或者將其安裝在機(jī)尾部的位置;（3）當(dāng)使用伸縮力相對(duì)較小的鋼絲繩芯材質(zhì)的輸送帶時(shí)，也可選擇將張緊裝置安裝于尾部位置;（4）無(wú)論使用何種方式的張緊裝置，在進(jìn)行布置的過(guò)程中都應(yīng)使輸送帶的繞出以及繞入點(diǎn)分支與滾筒的位移線進(jìn)行平行，同時(shí)可采用施加張力的方法使其能夠通過(guò)滾筒中心。

二、模糊控制算法的原理以及設(shè)計(jì)步驟

與傳統(tǒng)的控制方法相比較，采用模糊控制更加接近于采用人工智能型的控制，其進(jìn)行控制的核心為依賴于人工智能模糊的知識(shí)庫(kù)的相關(guān)設(shè)計(jì)，通過(guò)采用常規(guī)推理以及實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行有效控制，而不需要被控對(duì)象相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。模糊控制算法主要是一種將模糊推理邏輯、模糊化以及語(yǔ)言變量等融為一體的智能控制的算法。通過(guò)將常規(guī)的數(shù)量變量采用模糊語(yǔ)言變量進(jìn)行取代，進(jìn)而促使其具有相對(duì)較高的控制輸出的穩(wěn)定性，魯棒性相對(duì)較強(qiáng)，通過(guò)采用Matlab能夠進(jìn)行有效的仿真實(shí)現(xiàn)，從而形成離線模糊控制的查詢表，利于計(jì)算機(jī)進(jìn)行有效控制。

第一，模糊控制的原理。模糊控制的組成主要是以控制核心作為模糊化的接口、推理機(jī)、解模糊以及知識(shí)庫(kù)接口。模糊化接口主要是將外界的精確量轉(zhuǎn)變?yōu)槟：Z(yǔ)言變量的過(guò)程，從而能夠?qū)⑾到y(tǒng)輸出以及輸入的變量合理的映射到較為合適的模糊理論域之中;模糊推理機(jī)主要是用來(lái)進(jìn)行模糊信息的有效控制;知識(shí)庫(kù)主要包含隸屬函數(shù)定義以及論域離散化等的控制規(guī)則庫(kù)以及數(shù)據(jù)庫(kù);而反模糊化接口則與模糊化接口的功能相反，具有量程控制以及變換的功能。模糊控制的主要步驟為：（1）將輸入量與反饋的輸出量進(jìn)行比較得到偏差e;（2）然后將比較得到的偏差e進(jìn)行模糊化后，便將該模糊的語(yǔ)言變量轉(zhuǎn)變?yōu)榱四軌蚺c之相對(duì)應(yīng)的子集E;（3）通過(guò)采用模糊推理的規(guī)則將子集E與R進(jìn)行模糊的決策，從而能夠得出相應(yīng)的控制變Symbol}@@ °;（4）通過(guò)將模糊控制的變量U進(jìn)行解模糊化后進(jìn)而能夠獲取相對(duì)準(zhǔn)確的物理控制的變量，然后作用于被控制的對(duì)象。由此可見(jiàn)，在進(jìn)行模糊控制器的設(shè)計(jì)中主要包含以下幾方面的內(nèi)容：精確量的模糊化，即為將語(yǔ)言變量值在模糊論域的基礎(chǔ)上進(jìn)行量化映射;針對(duì)模糊控制規(guī)則的算法設(shè)計(jì)，主要為依據(jù)模糊的條件從而構(gòu)成相應(yīng)的控制規(guī)則，進(jìn)而對(duì)由模糊控制的模糊關(guān)系進(jìn)行有效的確定;對(duì)于輸出的信息進(jìn)行模糊判決，從而能夠?qū)崿F(xiàn)有模糊量轉(zhuǎn)變?yōu)榫_量的轉(zhuǎn)化。

第二，張緊裝置的PID控制。為了能夠?qū)崿F(xiàn)采用基于模糊PID對(duì)于張緊裝置的有效控制，在張緊裝置進(jìn)行工作的各個(gè)過(guò)程中首先需要設(shè)定預(yù)設(shè)值，即為在進(jìn)行正常運(yùn)行時(shí)輸送帶的張緊力、由拉力傳感器而測(cè)量的輸送帶啟動(dòng)的張緊力以及處于控制階段進(jìn)行張緊力輸送時(shí)油缸壓力測(cè)定值。通過(guò)實(shí)驗(yàn)均能夠獲取上述的有效值。在進(jìn)行PID控制的過(guò)程中其力的大小主要來(lái)源于張緊裝置在進(jìn)行張緊的過(guò)程中D/A轉(zhuǎn)換器的信號(hào)值。不同階段比例閥壓力的大小主要是通過(guò)PID控制的輸出量來(lái)進(jìn)行有效控制，從而在該階段內(nèi)實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)壓力的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，促使輸送帶的張力得到有效控制。

綜上所述，對(duì)帶式輸送機(jī)的張緊裝置采用基于模糊PID的有效控制，能夠促使張緊裝置的壓力進(jìn)行連續(xù)、平穩(wěn)以及安全的轉(zhuǎn)換，促使張緊裝置能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成啟動(dòng)到停止等的操作，平且能夠?qū)崿F(xiàn)張緊力由正常到工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，因此，在帶式輸送機(jī)的液壓張緊控制中采用模糊PID算法的效果相對(duì)較好。

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