基于PLC的線性插值模糊控制器的設(shè)計(jì)

摘要：通過(guò)對(duì)噴淋式除塵系統(tǒng)采用的常規(guī)模糊控制器在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出一種分段線性插值的設(shè)計(jì)方法，并將該方法在模糊控制器中應(yīng)用。該設(shè)計(jì)采用PLC及其常規(guī)DI／DO模塊組成的模糊控制器，用STL指令實(shí)現(xiàn)其控制功能。最后在噴淋式除塵系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，并和常規(guī)模糊控制器的控制效果進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：分段線性插值模糊控制器能縮短系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)聞，提高模糊控制器的控制精度，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：STL指令；模糊控制；PLC；分段線性插值

模糊控制器指的是應(yīng)用模糊集合理論，統(tǒng)籌考慮控制的一種控制方式，它具有不需要建立控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型、能夠很好地克服控制系統(tǒng)中模型參數(shù)變化和非線性等不確定因素等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。模糊控制是利用輸入輸出數(shù)據(jù)和人們的控制經(jīng)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，適用于高度非線性系統(tǒng)，且對(duì)過(guò)程和參數(shù)的變化有較強(qiáng)的抗干擾性能，魯棒性好。但是由于常規(guī)模糊控制器只能實(shí)現(xiàn)有差調(diào)節(jié)，在控制精度要求較高的控制過(guò)程中，很難滿足實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的要求。
大氣污染是隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展、煤炭和石油燃料的迅猛增長(zhǎng)而產(chǎn)生的。為了達(dá)到控制污染的目的，需要采取措施使粉塵等顆粒狀污染物在排放到大氣中之前就被除去。濕式除塵是現(xiàn)代工業(yè)中重要的空氣凈化手段之一。隨著我國(guó)工業(yè)迅猛發(fā)展和工業(yè)部門(mén)排放標(biāo)準(zhǔn)提高，傳統(tǒng)濕式除塵系統(tǒng)難以滿足現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程的需求。對(duì)濕式除塵器采用的常規(guī)模糊控制器進(jìn)行改造，勢(shì)在必行。本文設(shè)計(jì)的線性插值模糊控制除塵系統(tǒng)就是針對(duì)以上情況研發(fā)設(shè)計(jì)的。

1 常規(guī)除塵系統(tǒng)控制精度差的原因分析
在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域中，被控對(duì)象不同程度地存在純滯后環(huán)節(jié)。由于純滯后環(huán)節(jié)的存在，使控制系統(tǒng)超調(diào)量變大，調(diào)節(jié)時(shí)間變長(zhǎng)，影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。純滯后環(huán)節(jié)產(chǎn)生的原因有：物料在管道或容器中傳輸及運(yùn)送時(shí)間較長(zhǎng)、調(diào)節(jié)器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)反應(yīng)慢且動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)、測(cè)量裝置(傳感器)的時(shí)間滯后、各類控制設(shè)備串連在一起等。由于純滯后環(huán)節(jié)的存在使得被控量不能及時(shí)反映控制信號(hào)的動(dòng)作，控制信號(hào)的作用只
能在延遲之后，才能反映到被控量；另一方面，當(dāng)對(duì)象受到外界干擾而引起被控量改變時(shí)，控制器產(chǎn)生的控制作用不能及時(shí)對(duì)干擾產(chǎn)生抑制作用，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至影響整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。因此，含有純滯后環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)必然存在較大的超調(diào)量σ％和較長(zhǎng)的調(diào)節(jié)時(shí)間ts，對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)具有較大的危害性。
常規(guī)噴淋式除塵系統(tǒng)是工業(yè)過(guò)程中常見(jiàn)的大滯后系統(tǒng)，其產(chǎn)生純滯后環(huán)節(jié)的原因有：水在管道及儲(chǔ)水池中傳輸及運(yùn)送的時(shí)間較長(zhǎng)，壓力變送器信號(hào)傳輸時(shí)間較長(zhǎng)，變頻器、水泵與除塵器動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)等。由于純滯后環(huán)節(jié)的存在，使得系統(tǒng)的超調(diào)量變大，調(diào)節(jié)時(shí)間變長(zhǎng)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中很難滿足實(shí)時(shí)性的要求。臨汾熱電有限公司輸煤控制系統(tǒng)采用的噴淋式除塵系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中容易造成除塵器噴水量過(guò)大，導(dǎo)致煤粉濕度較大，產(chǎn)生堵煤、皮帶溢水等問(wèn)題，影響電廠的整個(gè)發(fā)電過(guò)程。目前電廠的除塵系統(tǒng)普遍采用常規(guī)模糊控制器控制，基本原理如圖1所示，模糊控制系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

常規(guī)除塵系統(tǒng)將實(shí)際測(cè)量壓強(qiáng)e、壓強(qiáng)給定值與壓強(qiáng)測(cè)量值偏差△e的精確量進(jìn)行尺度變換(分別乘以量化因子ke、k△e)，使其變換到各自的論域范圍，再由模糊語(yǔ)言變量的賦值表，確定輸入量的模糊化結(jié)果E、△E，并用相應(yīng)的離散模糊集合來(lái)表示。該方法在離散的有限域上進(jìn)行模糊控制器的設(shè)計(jì)，離散論域定義為：{-n，-(n-1)，…，-1，0，1，…，(n-1)，n}。一般來(lái)說(shuō)離散論域劃分為7個(gè)等級(jí)，即{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}。
常規(guī)模糊控制器采用離散論域范圍，導(dǎo)致其在控制上容易產(chǎn)生死區(qū)，進(jìn)而造成穩(wěn)態(tài)誤差。另外常規(guī)模糊控制器查表法將輸出△u離散化，導(dǎo)致其控制作用不連續(xù)，造成穩(wěn)態(tài)誤差和較大的超調(diào)量。通過(guò)對(duì)臨汾熱電有限公司噴淋式除塵系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在的缺陷分析得知：1)調(diào)節(jié)時(shí)間ts過(guò)長(zhǎng)，ts≈30 min；2)系統(tǒng)超調(diào)量σ％較大，仿真結(jié)果是σ％≈5％。
為了減小噴淋式除塵系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間和降低系統(tǒng)超調(diào)量，以提高該系統(tǒng)的控制速度和控制精度，對(duì)其采用的常規(guī)模糊控制器進(jìn)行改造，非常重要。