造纸机模糊控制系统的设计

1. 造纸机模糊控制系统的设计

2. 工艺介绍 • 打浆车间送来的浓纸浆在混合箱与白水混合稀释后形成稀纸浆，经过除砂装置去除浆料中的尘埃和浆团，通过网前箱流布在铜网上。纸浆在铜网上经自然滤水，形成湿纸页，经压榨部脱水后，连续经过两组烘缸干燥，最后经压光作为成品纸，上卷筒卷取，其工艺流程图如下所示

3. 造纸机工艺流程图

4. 成纸水分含量是纸业最重要的质量指标之一。水分过高，会导致出现气泡，水斑等纸病,而过低则会导致纸页发脆，易断，同时还会多用蒸汽，使耗能增加成纸水分含量是纸业最重要的质量指标之一。水分过高，会导致出现气泡，水斑等纸病,而过低则会导致纸页发脆，易断，同时还会多用蒸汽，使耗能增加 • 在长达数十米的纸机流程中，影响成纸水分的因素很多，其中最主要的是湿纸页在烘干的热传递情况和成纸定量水分的耦合。由于蒸汽压力时可测的，一般将它视为纸水分的控制变量。 • 烘干部有3组共20多只直径1m左右的烘缸，要以定量关系式准确地描述纸页在烘干过程中的机理是十分困难的，因此，采用模糊控制器控制成纸水分较为合适可行

5. 模糊控制器的设计 • 模糊控制器的设计通常可分为离线设计和在线设计，离线设计就是根据操作人员的先验知识，确定模糊控制规则到生成模糊控制查询表的完整过程。它包括输入量量化，确定模糊子集和模糊关系矩阵，进行模糊判决，并建立控制输出查询表等内容。

6. 关于成纸水分控制的先验知识可定性归纳为： • 1 如果水分低于给定值，就减少进入烘缸的蒸汽，降低烘缸温度，使水分值升高，反之，则增加蒸汽量，使水分值降低。 • 2 如果水分偏离给定值较小，只需调节2段蒸汽量，但在偏离较大时应同时调节1,2两段的蒸汽量 • 3 由于烘缸升温快而降温较慢，故在调节时关汽应快些

7. （1）量化 • 设e和ec分别代表偏差和偏差变化率，其基本论域为 • 将其基本论域量化为

8. （2）确定模糊子集 • 得到量化论域后，对各变量定义模糊子集。令 • 式中， 和 分别为X，Y的模糊子集，可用语言变量PB,PM,…NM,NB等表示。对各模糊子集确定量化论域中各元素的隶属函数可得到隶属函数表。 • 设 , 分别为1，2段蒸汽的控制量，相应的论域为

9. （3）确定模糊关系与控制输出模糊子集 • 根据操作经验，设定一组模糊控制规则为 • If and then and 其模糊关系为 当给定x=, y= 时，则由模糊合成规则推理得到 • （4）进行模糊判决，并生成控制输出查询表

10. 模糊控制器的在线实现 • 在系统设计时，令

11. 对 的隶属度函数

12. 并根据给出的合成推理规则进行推理运算，最后又最大隶属度函数判决原则，可得到供模糊控制器动态控制时控制表如下表所示并根据给出的合成推理规则进行推理运算，最后又最大隶属度函数判决原则，可得到供模糊控制器动态控制时控制表如下表所示 • 这是假设只有2段蒸汽的情况下得到的，要将它用于有两段蒸汽的情况，必须经过变换。取 • 则

13. 模糊控制表

14. 在小偏差时，为消除余差，应考虑积分作用。整个成纸水分模糊控制系统结构如下图所示在小偏差时，为消除余差，应考虑积分作用。整个成纸水分模糊控制系统结构如下图所示

15. 硬件实现 • 其实现有多种形式，在此我们仅讨论模糊控制如何在PLC上实现的 • 首先将求得的量化因子，比例因子等参数置入PLC中， • 采集到的变量误差e误差变化率ec置入数据存储区,先经过限辐处理,再按给定量化因子量化,并对应到模糊集论域中的相应元素, • 由此查询模糊控制表 根据离线计算好的模糊控制表可得到控制输出量u,再乘以相应量化因子即可得到当前控制量的实际值 其控制流程图如下所示

16. 流程图

17. Matlab仿真结果如下： • 1：仿真结构图

18. 2：仿真结果图

19. 结 论 在此，我们取一个近似的对象传递函数进行仿真，由结果可以看出模糊控制上升时间较短，没有超调，而且积分部分有效地消除了系统偏差，拥有较好的控制性能。

20. 参考文献1 刘金琨．先进 PID 控制 MATLAB 仿真（第2版）．电子工业出版社，20042 吴晓莉，林哲辉等．MATLAB 辅助模糊系统设计 西安电子科技大学出版社，20023 孙增圻等，智能控制理论与技术．北京：清华大学出版社，20004 蔡自兴，智能控制（第二版）．电子工业出版社，20045 冯冬青，谢宋和等，模糊智能控制．化学工业出版社，1998