风送式喷雾风机PLC模糊控制系统的设计与研究.pdf

数控技术 风送式喷雾风机P L C模糊控制系统的设计与研究 宋 清艳 陕西省铜川市污水处理工程筹建处 陕西铜川 7 2 7 0 3 1 摘要 针对目前我国变量喷雾风机喷雾效果不好且很难控制的特点，本文研究采用无级调速模糊控制来解决该问题， 在控制过程中加入 了 控制算 法， 通过对算法分析， 将模糊P I 算法移植到P L c 程序中，编写模糊P I 控制程序，调试P L c 程序， 最终达到其控制效果。 通过仿真实验发现， 该方法能够很好 的解决变量喷雾风机喷雾效果。 关键词 喷雾风机 无级调速 模糊控制 自 整定P I D 中图分类号 T P 2 7 3 ． 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 7 ． 9 4 1 6 2 0 1 6 0 9 ． 0 0 0 6 ． 0 1 研究国外变量喷雾农具的发展， 不难看出变量喷雾农具在国外 己经相当成熟特别是在欧美国家， 目前国内对变量喷雾农具的研究 进展缓慢， 随着我国农业十三五规划的提出， 发展现代精准农业控 制为极大的推进农业发展有着极其重要的意义[ 1】 。 我国的果园变量 喷雾重点加强一下性能 雾滴初始动能 即穿透力 、 作业适应能力、 工作参数调整的灵活 方便性、 喷施精准性能， 对环境友好性能嘲 。 因此， 促使果园变量喷雾技术的进一步发展， 需要变量喷雾、 自 动行走、 自动检测和控制三大核心技术的支撑[3 】 。 1喷雾风机无级调速系统整体设计思路 本喷雾系统通过微型薄膜泵从储液罐抽取药液， 薄膜泵抽取的 药液进过阀门进入到雾化系统， 同时设置了回流阀来辅助调节系统 流量和压力， 起到辅助调节和保护系统的作用。 薄膜泵抽取的液体在扇形喷雾喷头的雾化作用下将药液雾化， 雾化后的药液经轴流风机对靶喷雾， 实现喷雾系统工作整体工作流 程。 喷雾系统通过涡轮流量计和压力传感器对系统的流量和压力进 行监测和控制， 实现控制精确化。 风机转速通过光电传感器来进行 测量， 所测得风机转速经过A ／ D 转化反馈给P L C ， 实现负反馈闭环 控制。 2喷雾风机调速原理 由电机学可知， 交流异步电动机转速公式为 公式 一 r 1 - s p 其中 ／ 1 定子供电频率； 矿一 极对数； s 一转差率。 通过以上变频调速器原理可以看出， 改变频率或改变电压都可 以实现对喷雾风机转速的调节与控制。 当电压与频率比值恒为常数 时， 可以实现了交流电机平滑调速。 3模糊控制原理 通过使用Ma t l a b 软件中的S i mu l i n k 工具来进行模糊控制的仿 真， 从设计出最为适合的P I D 参数自组织模糊控制器。 如量化因子， 的选取、 修正因子的取值等， 通过模拟软件的模拟与参数的调整修 正， 得到一个理想的二输入一输出的P I D 参数自整定的模糊控制控 制器 。 3 ． 1确 定模 糊 控制 器的 结构 本系统选用两输入单输出的模糊控制器。 控制器的输入为速度 偏差E 和速度偏差变化率E C， 输出为变频器控制量。 3 ． 2定义输入 、 输 出模糊集合 将速度偏差分为NB 、 N M、 N S 、 NZ 、 P Z 、 P S 、 P M、 P B 八个模糊集 合； 将速度偏差变化率和变频器控制量定义为NB、 NM、 NS 、 Z 、 P S 、 P M、 P B 七个模糊集合。 3 ． 3定义隶属度 函数 通过F I S 编辑器， 分别对E 、 E C 和U进行定义隶属度函数。 E 的论 域定义为[ - 4 ， 4 】 ， E C 的论域定义为[ - 3 ， 3 ] ， u的论域定义为[ - 5 ， 5 】 。 4 P L C控制 通过模糊串级控制系统设计得到图三控制系统模拟图。 经量化 因子取E K 5 ， E C K 3 2 0 ， U Kl ／ 3 ． 5 因子可在仿真过程中调整 ， 在 S i mu l in k 平台下建立整个模糊串级控制仿真框图。 由于常规模糊控 制器具有F u z z y 比例微分作用， 缺少积分环节， 因此必然不可避免地 产生稳态误差， 为提高风速控制系统对稳态精度要求， 因此图中引 入P I 控制策略， 构成F u z z y - P I 复合控制器。 将仿真好的F u z z y P I 控 制器植入到P L C， 通过P L C 程序调试得到实验结果如下 实验结果为 P I D 控制超调量为2 0 ％， 调节时间为5 s ； 采用主调节 器为F u z z y - P I 调节器真结果为 P I D控制超调量为5 ． 1 ％， 调节时间 为1 ． 5 s ； 因此串级控制系统具有较强的抗干扰能力， 调节品质 良好。 5结语 从以上试验仿真结果可以看出， 利用Ma fl a b 来构建变量喷雾无 级变频调速风机模糊控制器系统响应速度快， 误差精度高， 操作方 便， 从建模到最终的试验仿真结果来看， 用户除了简单的操作外， 大 量的P L C 程序， P C 机程序， 各种驱动模块已经响应的程序， 液晶显示 程序和驱动等都不需要用户 自己去实现。 需要指出的是， 目前控制 方法很多， 如何科学合理的选择模糊控制、 多模模糊控制、 模糊P I 控 制、 隶属度可变模糊控制、 自调整整模糊控制、 模糊P I D控制等。 该模 糊P I 控制器虽然在整体控制效果上令人满意， 但仍然存在超调量不 易及时消除等问题。 如何利用Ma t l a b 中s i mu l i n k 工具箱及时高效的 设计出更加合理科学、 性能更优良的模糊控制器， 需要进一步的研 究 。 参考文献 [ 1 ] 张国良， 曾静， 邓方林． 模糊控制及其M A T L A B 应用[ J ] ． 西安交通大 学 出版社， 2 0 0 2 ， 1 1 4 9 8 1 O 3 ． [ 2 ] 刘秀娟。 周宏平， 正加强． 农药雾滴漂移控制技术研究进展[ J ] ． 农业 工程学报， 2 0 0 5 ， 2 1 1 1 8 6 -1 8 9 ． [ 3 ] 何雄奎， 曾爱军， 何娟． 果园喷雾机风速对雾滴的沉积分布影响研 究[ J ] ． 农业工程学报， 2 0 0 2 ， 1 8 4 7 5 7 7 ． 收稿 日期 2 0 1 6 0 8 1 0 作者简介 宋清- 1 9 7 7 -- ， 女， 陕西耀县人， 本科， 研究方向 电气自动化。 ③