基于PLC的線(xiàn)性插值模糊控制器的設計

摘要：通過(guò)對噴淋式除塵系統采用的常規模糊控制器在實(shí)際應用中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出一種分段線(xiàn)性插值的設計方法，并將該方法在模糊控制器中應用。該設計采用PLC及其常規DI／DO模塊組成的模糊控制器，用STL指令實(shí)現其控制功能。最后在噴淋式除塵系統中進(jìn)行應用，并和常規模糊控制器的控制效果進(jìn)行比較。實(shí)驗結果證明：分段線(xiàn)性插值模糊控制器能縮短系統調節時(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(xiàn)性插值

模糊控制器指的是應用模糊集合理論，統籌考慮控制的一種控制方式，它具有不需要建立控制對象的數學(xué)模型、能夠很好地克服控制系統中模型參數變化和非線(xiàn)性等不確定因素等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應用。模糊控制是利用輸入輸出數據和人們的控制經(jīng)驗來(lái)實(shí)現控制，適用于高度非線(xiàn)性系統，且對過(guò)程和參數的變化有較強的抗干擾性能，魯棒性好。但是由于常規模糊控制器只能實(shí)現有差調節，在控制精度要求較高的控制過(guò)程中，很難滿(mǎn)足實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的要求。
大氣污染是隨著(zhù)現代工業(yè)的發(fā)展、煤炭和石油燃料的迅猛增長(cháng)而產(chǎn)生的。為了達到控制污染的目的，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。濕式除塵是現代工業(yè)中重要的空氣凈化手段之一。隨著(zhù)我國工業(yè)迅猛發(fā)展和工業(yè)部門(mén)排放標準提高，傳統濕式除塵系統難以滿(mǎn)足現代工業(yè)過(guò)程的需求。對濕式除塵器采用的常規模糊控制器進(jìn)行改造，勢在必行。本文設計的線(xiàn)性插值模糊控制除塵系統就是針對以上情況研發(fā)設計的。

1 常規除塵系統控制精度差的原因分析
在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域中，被控對象不同程度地存在純滯后環(huán)節。由于純滯后環(huán)節的存在，使控制系統超調量變大，調節時(shí)間變長(cháng)，影響控制系統的穩定性。純滯后環(huán)節產(chǎn)生的原因有：物料在管道或容器中傳輸及運送時(shí)間較長(cháng)、調節器與執行機構反應慢且動(dòng)作時(shí)間長(cháng)、測量裝置(傳感器)的時(shí)間滯后、各類(lèi)控制設備串連在一起等。由于純滯后環(huán)節的存在使得被控量不能及時(shí)反映控制信號的動(dòng)作，控制信號的作用只
能在延遲之后，才能反映到被控量；另一方面，當對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)對干擾產(chǎn)生抑制作用，導致系統產(chǎn)生波動(dòng)，嚴重時(shí)甚至影響整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。因此，含有純滯后環(huán)節的閉環(huán)控制系統必然存在較大的超調量σ％和較長(cháng)的調節時(shí)間ts，對工業(yè)控制系統具有較大的危害性。
常規噴淋式除塵系統是工業(yè)過(guò)程中常見(jiàn)的大滯后系統，其產(chǎn)生純滯后環(huán)節的原因有：水在管道及儲水池中傳輸及運送的時(shí)間較長(cháng)，壓力變送器信號傳輸時(shí)間較長(cháng)，變頻器、水泵與除塵器動(dòng)作時(shí)間長(cháng)等。由于純滯后環(huán)節的存在，使得系統的超調量變大，調節時(shí)間變長(cháng)，在實(shí)際應用過(guò)程中很難滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的要求。臨汾熱電有限公司輸煤控制系統采用的噴淋式除塵系統，在實(shí)際應用過(guò)程中容易造成除塵器噴水量過(guò)大，導致煤粉濕度較大，產(chǎn)生堵煤、皮帶溢水等問(wèn)題，影響電廠(chǎng)的整個(gè)發(fā)電過(guò)程。目前電廠(chǎng)的除塵系統普遍采用常規模糊控制器控制，基本原理如圖1所示，模糊控制系統原理圖如圖2所示。

常規除塵系統將實(shí)際測量壓強e、壓強給定值與壓強測量值偏差△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果E、△E，并用相應的離散模糊集合來(lái)表示。該方法在離散的有限域上進(jìn)行模糊控制器的設計，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，即{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}。
常規模糊控制器采用離散論域范圍，導致其在控制上容易產(chǎn)生死區，進(jìn)而造成穩態(tài)誤差。另外常規模糊控制器查表法將輸出△u離散化，導致其控制作用不連續，造成穩態(tài)誤差和較大的超調量。通過(guò)對臨汾熱電有限公司噴淋式除塵系統在實(shí)際應用中存在的缺陷分析得知：1)調節時(shí)間ts過(guò)長(cháng)，ts≈30 min；2)系統超調量σ％較大，仿真結果是σ％≈5％。
為了減小噴淋式除塵系統調節時(shí)間和降低系統超調量，以提高該系統的控制速度和控制精度，對其采用的常規模糊控制器進(jìn)行改造，非常重要。