工业配料系统是指将几种不同的原料按照生产

1工业配料系统是指将几种不同的原料按照生产要求的比例进行混和袁通过配制加工成产品的过程袁在建筑尧医药尧化工尧食品尧饲料等生产领域都具有极其广泛的应用遥在工业配料控制中袁高精度和高速度配料对产品质量是至关重要的遥由于许多控制过程存在机理复杂尧滞后大尧出现超调和不可逆袁控制对象具有非线性和时变性等特点袁采用常规的控制算法难以适应参数变化及干扰因素的影响袁不仅给调试带来困难袁控制的效果也不理想遥随着科学技术和生产的迅速发展袁对复杂和不确定性系统实行自动控制的要求不断提高袁使得现代控制理论的局限性日益明显遥为了克服理论和应用之间的不协调袁人们除了加强对生产过程的建模尧系统辨识尧自适应控制尧鲁棒控制等研究外袁开始打破传统控制思想的束缚袁试图面向工业配料过程的特点袁寻找各种对模型要求低尧在线计算方便尧控制综合效果好的控制方法和算法遥本文根据工业配料的一般情况袁提出了一种建立以人的经验渊专家控制冤尧模糊自适应控制为基础的新型控制系统袁将传统专家系统知识库中的模糊规则转换到智能配料控制系统中袁无需建立精确的数字模型袁能够处理控制过程中的不确定信息袁推理方法简单明了袁自学习能力强袁同时可实现并行处理遥1影响称重系统精度的因素一般的增量式配料使用称料斗接收原料尧称量完一种物料后,不排空料斗,只将电子秤内部计数值清零,再接收另一物料遥在供料的机械设备停止给料后,还将有一部分物料在空中以自由落体的方式落入称量料斗中袁这些余料称为落差遥由于有落差的影响,所称物料重量的设定值应为需配制的物料标准重量减去落差值遥不同的原料袁其比重和流动性都不一样袁料仓内料位的高低会产生下料受力不均的现象袁料斗内随下料增多料位不断增加的不可预估性袁下料速度快慢等等袁都会使空中落差产生变化遥另外袁料斗的滞后性袁称量仪表称重的反应速度袁下料的平稳性都会对称重结果产生很大的影响遥自适应模糊控制在配料过程中的研究与应用匡宇国李小英匡宇国，浙江工贸职业技术学院，高级工程师，310022，浙江杭州半山杭钢金成大楼5楼。李小英，单位及通讯地址同第一作者。收稿日期：2006-03-06《饲料工业》·圆园园6年第圆7卷第11期摘要针对工业配料过程中配料精度和速度相矛盾的难题，文中提出了一种专家系统、模糊控制结合自适应控制的新型控制方法。该方法将模糊控制宽范围快速调节和自适应精确调节的特点有机结合起来，当系统偏差大于某一设定值时，采用专家经验和模糊规则控制相结合的控制方法；当系统偏差小于设定值时采用自适应控制。实际应用表明，该方法比一般的模糊控制在系统精度和速度上均有所提高。关键词配料；模糊控制；自适应控制；专家系统中图分类号TP273+.2ResearchandapplicationoftheadaptiveandfuzzycontrolontheproportioningprocessKuangYuguo,LiXiaoyingAbstractAnewfuzzyadaptivealgorithmbasedonexpertsystemandfuzzyadaptivecontrolwasproposedtosolvethedifficultyoftheprecisionandvelocityintheprocessofautomaticproportioning.Characteristicsofwiderangeandrapidadjustinginfuzzycontrolandexactitudeofadaptivecontrolarebothappliedap原propriatelyinthisalgorithm.Fuzzyrulecontrol,whichiscombinedwithexpert'sexperience,isadoptedwhenthesystemerrorislargerthanthesetthreshold,andtheadaptivecontrolisadoptedwhenthesystemerrorissmallerthanthethreshold.Actualapplicationshowsthattheprecisionandthevelocityofthesys原temarebothgreatlyimproved.Keywordsmixture；fuzzycontrol；adaptivecontrol；expertsystem工艺设备2由上述分析可看出,给料机终止给料后,由高度落差(给料机与料斗之间)引起空间物料的不确定性是影响最终物料配制精确度的直接原因遥若能准确估计终止给料时刻空间物料量而提前终止给料,就能保证最终配制结果在给定的范围内遥根据饲料厂重复批量称量的特点,利用大量已有的称量误差数据对空间物料量进行模糊自适应补偿控制袁我们开发了智能配料自动控制系统,保证了物料误差在最小范围内波动遥2控制系统工业自动配料系统一般采用集散控制系统结构或基于现场总线的控制结构袁对于一些比较简单的称重配料系统袁也可以采用工业计算机渊IPC冤加数据采集板卡的形式进行配料过程的控制袁本文根据工业配料的一般过程袁使用工业控制计算机和称重仪表组成整个系统袁结构如图1所示遥传感器传感器称重仪表称重仪表称重仪表上位机监控显示器变速给料机阀位信号料位信号电磁阀图1配料控制系统3控制方法在一般工业配料过程中袁控制系统的准确性和快速性相互矛盾袁如何选取动态和稳态的切换点袁以及在稳态的过程中到底使用什么样的控制策略袁是同时提高控制系统精度和速度的关键遥模糊自适应控制系统的设计如图2所示袁它比一般模糊控制器多3个环节院性能测量尧控制量校正和控制规则修正遥性能测量环节用于测量实际输出特性与希望特性的偏差袁以确定输出响应的校正量曰控制量校正环节将输出响应的校正量转换为对控制量的校正量曰控制规则修正环节修改模糊控制器的控制规则,从而实现了对控制量的校正遥模糊控制的好坏取决于模糊控制器的选择以及模糊规则的建立袁本文采用双输入单输出的模型袁选择被控对象的偏差和偏差变化率作为模糊控制器的输入变量袁变频器的输出频率作为输出变量袁三个变量模糊化后分别为尧和遥性能测量规则修正模糊推理解模糊对象模糊化dedte-输入输出U控制量校正图2模糊自适应控制系统在已知和E的条件下计算袁即进行模糊合成与决策遥尧尧分别是按照如图3所示的隶属度函数定义在尧尧上的模糊子集袁这些模糊条件语句可以归结为一个模糊关系院=伊伊渊1冤PO1.00.80.60.40.2PSPMPL0123图3、和的模糊子集隶属度函数偏差和偏差变化率分别为和袁根据模糊合成推理规则袁输出的控制量应当是模糊集合袁渊伊冤渊2冤利用隶属度函数将上式改写成下面的形式院渊冤=遗渊冤夷[渊冤夷渊冤]渊3冤由以上渊1冤尧渊2冤尧渊3冤式就可以得到模糊控制规则见表1遥表1模糊控制规则UEECPLPLPLPM*PMPLPMPS*PSPMPS**PO淫***PLPMPSPO注院淫表示该状态不存在袁*表示使用自适应控制遥4控制方法的实践根据专家的经验袁我们采用分段给料算法进行配匡宇国等：自适应模糊控制在配料过程中的研究与应用工艺设备3料遥设物料给定重量为袁当落下物料的实测重量小于85%时,使给料机快速下料曰当实测重量大于85%时,采用模糊算法袁使给料机减慢速度袁以免产生超调曰当实测重量等于-着时,停止给料遥其控制算法可用下式表示遥臆85%-着跃跃85%0-着式中院要要要三段给料输出曰要要要称重重量曰要要要设定重量曰要要要快速给料曰要要要慢速给料曰要要要终止给料提前量遥由于空间物料量以及给料机的惯性等因素引起的物料量的不确定性,使终止给料提前量的取值也无法确定遥但由于配料过程是多次重复进行的袁所以可利用多次称量结果对本次及以后配制物料时的终止给料提前量进行修正自适应控制,使最终配制误差限制在一定的范围内遥每次配料时,系统根据动态称量误差=-(为第噪次配料时的动态称量值)与终止给料提前量进行比较,对进行补偿遥在饲料生产中的第(噪+1)次称量时,其终止给料提前量能在对的补偿值基础上得以补偿,这种补偿取决于第噪次称量结果后的静态误差=-及其变化量-(-)遥当称量误差超过不灵敏区且有发散趋势时,采用累计补偿,如下式所示遥渊冤=-=-1+--移[当渊--)冤跃0且逸时]式中院要要要开始进入累计补偿的称量次数曰和渊冤要要要第次和第(+1)次的终止给料提前量曰和冤要要要第次和第(-1)次的静态称量误差曰要要要称量误差曰要要要补偿值遥累计补偿持续到称量误差趋于收敛为止(饲料配料的不灵敏区0.25kg)遥当称量误差向驻内收敛时,采用恒值补偿,一旦进入不灵敏带之中,则将补偿值清零,即不对进行补偿遥5实验结果下面采样了10组从某饲料厂运用该控制算法的实验结果渊见表2冤袁其中满量程是1000kg袁工艺上要求动态配料精度为依0.2%遥表2配料控制结果实验批次12345678910偏差渊kg冤+1.3+0.8-0.5+0.5+1.0+0.8+0.5-0.2-1.1+0.5精度渊豫冤+0.13+0.08-0.05+0.05+0.10+0.08+0.05-0.02-0.11+0.05从表2可以看出袁配料的称量精度为-0.11%耀+0.13%袁满足了生产工艺的要求遥系统性能稳定袁控制精度高袁超调量极小袁具有很强的适应能力袁在生产应用中能取得较好的效果遥该控制方法应用于饲料的配料控制系统袁大大提高生产效率袁使企业的产品长期稳定在高质量尧高技术水平上袁增强了市场竞争能力袁获得了良好的经济效益遥6结语工业配料系统具有非线性尧时变而且不允许超调的特点袁在传统PID的控制策略下不易找到最佳结合点袁而且很容易产生超调遥实验表明袁本文介绍的模糊自适应控制方法袁具有较好的控制效果袁能够在配料精度和速度之间找出较优的结合点遥参考文献1张明君，张化光.一种鲁棒自适应模糊控制算法.东北大学学报（自然科学版），2006（1）：5耀82亢洁，杨刚.模糊系统稳定性.自动化技术与应用，2005（12）：1耀43孟庆才，王焕荣，赵宝国.饲料生产线自动化控制系统的设计.工业控制计算机，2005（11）：77耀884吴九天，李冬辉，贾巍.模糊/神经自适应控制及其在非线性系统中的应用.计算机技术与自动化，2005（4）：9耀125赵明，刘海江.工控机在固态粉状物料自动称量与配比中的应用.工矿自动化，2005（2）：52耀546称重配料系统[在].常州托利多电子衡器有限公司,20027张如先.石灰炉配料控制算法.洛阳工学院学报，2000，21（2）：70耀72（编辑：崔成德，[e-mail]）匡宇国等：自适应模糊控制在配料过程中的研究与应用工艺设备4近十年来袁挤压膨化技术已成为发展速度最快的饲料加工技术之一遥挤压膨化技术是集物料的输送尧混合尧高温尧高压尧高剪切作用于一体袁对物料进行物理尧化学或生物处理袁其作用时间短袁营养成分损失小袁应用面广遥在饲料加工的过程中袁一般将挤压机作为高温瞬时的野超级调质器冶安排在制粒工艺之前袁以适应原料的变化袁提高颗粒质量及饲料的消化率遥这种工艺在国内外已逐渐被饲料企业所接受遥要充分发挥膨化机的生产能力袁确保其产量和制出膨化料的质量袁必须对影响膨化效果的因素有所了解袁但膨化机的种类和影响膨化效果的可变因素很多袁现就湿法膨化机做一下分析探讨遥1膨化工艺对膨化效果的影响1援1原料处理进入膨化机前的物料必须进行处理袁清除物料中的金属尧石头尧泥块等杂质袁防止石头尧金属等杂质对螺旋叶片尧挤压螺杆尧压力环等造成磨损或断裂袁同时也可提高产品的质量遥1援2粉碎大豆尧玉米等在膨化前需经粉碎机粉碎遥原料粒度决定着饲料组成的表面积,粒度越细袁表面积越大,物料吸收蒸汽中水分越快,有利于进行调质袁也使膨化质量和产量提高遥但粉碎越细袁电耗越高袁一般情况下袁其粉碎粒度为3mm左右为宜遥糯米等原料则不需要粉碎袁可直接进行膨化遥但水产动物消化道短而细,不易消化大颗粒饲料袁所以需要提高原料细度袁锤片粉碎机很难达到要求袁一般要选用超微粉碎机遥1援3进料为了保持膨化产品的质量和膨化机不停地尧均衡地满负荷工作袁必须使进入膨化机的