电阻炉温度模糊控制的PLC实现

XU Zhi bang ( Schoo l o f E lectrical and E lectron ic Eng ineering, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, China) Ab strac:t T he m ethods of using fuzzy contro ller based on PLC for furnace temperature w ere carried ou,t and details of the fuzzy contro ller im plem entation in PLC w ere g iven. T he m ethods that com bine fuzzy contro ller and PLC contro l system s can play PLC re liable, flex ib le and adaptable features, but a lso enhance the intelligent contro l o f system s. Experim ental results show that the m ethod can obta in better steady state accuracy and dynam ic character istics. Key wo rds: PLC; fuzzy contro ller; FX2N 4A D TC; FX2N 2DA
表, 都增加了一个偏移量 2。采用同样方法对 e 进 行离散论域转化。
表 1 将输入量 e 化为离散论域元素
e ∀ - 30 - 30 - 10 - 10 10 10 30 # 30
E - 2( 0) - 1( 1)
0( 2)
1( 3) 2( 4)
2. 2 隶属函数 对于偏差 e和偏差的变化率 e, 只在某一时刻
V o l 29N o 1 M ar 2010
电阻炉温度模糊控制的 PLC实现
许智榜
(华东交通大学 电气与电子工 程学院, 江西 南昌 330013)
摘 要: 介绍了一种基于 PLC的炉温模糊控制方法, 并详细介绍了模糊控制 PLC 的设计与实
现。该方法将模糊控制与 PLC 控制系统相结合, 既发挥 PLC 的可靠、灵活、适应性强的特点,
才是确定的值, 即在某时刻的模糊量是一个元素隶 属度为 1, 其他元素隶属度为 0。考虑 e, e 模糊化
图 3 输入、输出隶属函数
2. 3 模糊推理 在控制系统中, 如果相对于任何已给偏差 e和
偏差的变化 e, 都进行计算而求取即时的控制量 u, 显然要花费大量的计算时间, 这样在控制系统中就 会出现响应速度不够的问题, 为克服即时计算消耗 大量时间的缺点, 在模糊控制中采用模糊控制表的 方法, 无需计算可以查表得出控制量。
第 29卷第 1期 2010年 3月
武汉工业学院学报 Journa l o f W uhan P olytechn ic U n iversity
文章编号: 1009 4881( 2010) 01 0050 03
DO I: 10. 3969 / .j issn. 1009 4881. 2010. 01. 014
表 2 模糊控制查询表
e
e
PB
PS
0
NS
NB
PB
66 7
0
0
0
0
PS
66 7
667 1 333 1 333 1 333
0
1 333 2 000 2 000 2 000 2 000
N S 2 667 2 667 2 667 3 333 3 333
NB 4 000 4 000 4 000 4 000 3 333
4 结束语
使用三菱 FX2N 系列输入、输出扩展模块 FX2N 4AD TC, FX2N 2DA 在 PLC 上实现温度模糊控制, 使 PLC摆脱只能处理逻辑量的限制, 加大 PLC 的应用范 围。实验结果表明, 设计的基于 PLC 温度模糊控制 系统超调量为 2% , 稳态误差为 & 1% , 控制效果良好。
rs. m ovenext n ext
rs3. close end sub
rs3. open sql_cy, conn, 1, 3 for tt= 1 to yangnum
rs3. addnew ( ) rs3( " kehu id" ) = rs( " id" ) rs3( " kehunam e" ) = rs( " nam e" ) rs3( " kehu id" ) = rs( " id" ) rs3( " cyf lag" ) = " cy" rs3( " chou tim e" ) = date( ) r'esponse. w rite rs( " id" ) & " " rs3. update
分为负大 ( NB ) 、负小 ( NS) 、零 ( 0) 、正小 ( PS) 、正大
( PB )五个模糊量。控制的实质是控制双向晶闸管
的触发控制角, FX 2N 2DA 输出电压 0~ 10V 对应的 数字量为 0 4 000, 故采用输出七个单点分别为 0,
667, 1 333, 2 000, 2 667, 3 333, 4 000。即对应触发
过程和输出 u 的解模糊过程, 规定偏差 e, 偏差变化
率 e和控制量 u对应的模糊量隶属度分别为:
1 e∃ E
1
uE = 0 e E; u E = 0
e∃ E e E;
uu 1 ( u) =
1 0
u= ui. u% ui
即 e, e的模糊量的隶属函数为方波, u 的模糊量的
隶属函数是单点。将温度偏差、温度偏差变化率都
在工业生产过程中, 温度是最常见最广泛的过 程参数之一, 由于温度控制过程具有非线性慢时变 纯滞后的特点, 很难对其精确控制。可编程控制器 PLC 在工业生产中的应用逐步普及, 功能指令也越 来越强大, 结合各种功能模块, 能够实现许多复杂的 过程控制。用 PLC 实现温度 的模糊控 制, 既发挥 PLC 的可靠、灵活、适应性强的特点, 也大大提高控 制系统的智能化程度 [ 1] 。
为偏差 e、偏差变化率 e经过模糊量化后得到的量
化输入, U 为模糊控制算法得出的模糊控制输出量, U 解模糊化后得到实际输出 u[ 3] 。
2. 1 输入变量论域的离散化 在模糊控制器中, 真实论域要变换到内部论域,
首先确定连续变量的变化范围, 然后确定离散论域, 得到离散论域上的输入变量 E 和 E。 e的基本论 域取值取为 [ - 30, 30] , 将基本论域区间值按四舍 五入原则量化为离 散论域区 间 [ - 2, 2] 的论域元 素, 如表 1所示。表 1中 E 的值为了方便建立查询
控制角 0!, 30!, 60!, 90!, 120!, 150!, 180!。其 模糊
量的隶属函数如图 3所示。
图 2 模糊控制器原理图
图中 r为被控对象的给定值, y 为实测值, 偏差
e= r- y, 偏差变化率
e=
et -
et- 1, 其中
et、et-
分别
1
为当前时刻和前一个采样时刻的偏差。E、 E 分别
2 炉温控制模糊算法
模糊控制 ( FUZZY CONTROL ) 由模糊控制器模 拟人的思考判断方法, 将人的经验控制策略改写为 模糊控制规则, 特别适用于具有非线性, 大滞后、强 耦合特性的复杂系统。模糊控制器包括输入量模糊 化, 模糊控制规则推理和解模糊三个部分 [ 2] 。模糊 控制器的基本结构如图 2所示。
图 1 PLC模糊控制的 PLC 实现
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双向晶闸管的移相控制, 就是双向晶闸管在电 路中导通时间即导通角的控制, 通过改变导通角来 改变电炉的平均电压达到功率控制。对双向晶闸管 的控制常采用从交流过零点开始定时, 计算触发延 时角 (与导通角互补 )。采用模糊控制计算出触发 角, 转换为 0 10V 电压值经 FX2N 2DA 输出, 与最 大值为 10 V 锯齿波进行比较, 从而得到控制角度。 通过计算, 当导通角在 30! 150!之间变化时, 电炉 上对应的平均功率的变化为 3% 97% , 符合控制 要求。
3. 2 模糊控制 PLC 实现 当定时采样时间到, 采用 FX2N 4AD TC 模块, 开
通通道一与 J型热电偶配合进行温度读取, 程序如图 6所示。读取温度值存入 D100。计算误差和变化率, 存入 D110和 D111中, 利用比较指令与预设值进行比 较, 从而获得温度误差和温度变化率的论域, 采用基 址 + 偏移地址寻址的方法, 读取查询表对应值得到输 出控制量。模糊控制查询程序如图 7所示。
根据控制经验归纳出模糊控制规则, 模糊控制 规则采用最大隶属函数法, 其推理一般形式为: IF E = Ei AND E = Ej then u = uk。根据已经建立的模 糊 语 言 变 量 赋 值 表 和 模 糊 控 制 规 则, 利 用 M A T L A B编制程序进行 模糊推理 和模糊判 决, 建立离线的模糊控制查询表, 如表 2所示 [ 4] 。
1 系统结构
基于 PLC 的 温 度控 制系 统 以三 菱 FX 2N 型 PLC 为控制核心, 由 PLC 输入、输出扩展模块, 热电 偶, 双向晶闸管、移相触发控制等组成, 其结构如图
收稿日期: 2009 10 12. 作者简介: 许智榜 ( 1971 ) , 男, 副教授, E m a i:l xysh@i 4y. com. cn.
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