基于模糊控制的可切割纖維狀原料的傳輸裝置

摘 要：本文設(shè)計了一種針對可切割纖維狀原料的傳輸裝置，并通過PID閉環(huán)控制及模糊控制算法，實現(xiàn)了電機啟動調(diào)速及傳輸仰角調(diào)整，并在實際生產(chǎn)中進行了應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：履帶 梳刀 模糊控制 PID 電機調(diào)速

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0100-02

履帶式傳輸裝置是農(nóng)產(chǎn)品加工、輕工業(yè)生產(chǎn)過程中的主要運輸設(shè)備?，F(xiàn)有的傳輸裝置結(jié)構(gòu)主要是電動機帶動履帶進行傳輸，履帶為水平狀態(tài)，傳輸角度無法調(diào)節(jié)。在傳輸纖維狀物體時，由于纖維束長短粗細不同，無法實現(xiàn)均勻傳輸?shù)哪康?，往往會出現(xiàn)部分物體糾結(jié)抱團的現(xiàn)象；當傳輸?shù)奈锲分谐霈F(xiàn)鐵性雜物的時候，也沒有辦法進行排除[1]。

針對上述問題，本文所要解決的就是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種傳輸均勻，實現(xiàn)纖維狀原料自動切割成顆粒狀，有利于后續(xù)分選的可切割纖維狀原料的傳輸裝置。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文裝置包括電機、控制裝置、皮帶輪和履帶。控制裝置帶動電機，電機帶動皮帶輪，履帶包覆在皮帶輪上。其特點在于：履帶一端下方設(shè)置有螺旋升降裝置，螺旋升降裝置與控制裝置連接，履帶下方設(shè)置有波浪輪，波浪輪上方設(shè)置有梳刀，履帶另一端下方設(shè)置有電磁滾筒，刷子設(shè)置在電磁滾筒的下方，刷子與電磁滾筒接觸。裝置總體結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

梳刀包括兩部分：前面為梳子，共設(shè)置有三排；后面為三排刀片，刀片與波浪輪正對。

本裝置的工作過程為：控制裝置帶動電機，電機帶動皮帶輪，履帶包覆在皮帶輪上，履帶一端下方設(shè)置有螺旋升降裝置，螺旋升降裝置與控制裝置連接，螺旋升降裝置的頂出桿與履帶連接，可以調(diào)節(jié)履帶的傾斜角度，履帶與水平面的夾角α范圍為0～60°。當履帶傾斜時，履帶上的物品逐層下滑，逐步分開，使得物品在履帶上的分布更均勻。

履帶中段的下方位置設(shè)置有波浪輪，波浪輪對應(yīng)的履帶上方位置設(shè)置有梳刀，梳刀橫跨設(shè)置在履帶上，物品在履帶上傳輸，到達梳刀的位置，先由梳刀上的前三排梳子8-1進行梳理，后由后三排刀片8-2進行切割，波浪輪外輪廓為正多邊形，本實施例中為5邊形，通過波浪輪外輪廓的凹凸運動使物品與刀片產(chǎn)生間隙擠壓，達到均勻切割的目的。

履帶另一端下方設(shè)置有電磁滾筒，刷子設(shè)置在電磁滾筒的下方，刷子與電磁滾筒接觸。物品在傳輸?shù)阶钌戏降碾姶艥L筒處進行分離，電磁滾筒將含有鐵性的物質(zhì)吸附住滾到下方，由刷子刷離履帶。

本裝置所述的螺旋升降裝置與履帶連接，可以通過控制裝置調(diào)節(jié)履帶的傾斜角度，履帶與水平面的夾角α范圍為0～60°。

2 控制系統(tǒng)工作原理

傳輸角度調(diào)節(jié)控制并不屬于簡單的線性控制且控制模型未知，因此需要采用模糊參數(shù)自整定PID控制策略來實現(xiàn)。傳輸角度的角度調(diào)節(jié)范圍量化為0～60的整數(shù)值，初始值50。

對于傳輸角度調(diào)節(jié)而言，根據(jù)初值計算出PID調(diào)節(jié)均值變量e，將e和de/dt作為系統(tǒng)傳輸角度調(diào)節(jié)程序模塊輸入變量，調(diào)用模糊推理策略及PID算法計算出調(diào)節(jié)后的傳輸角度數(shù)據(jù)及需要調(diào)節(jié)的角度偏差值，驅(qū)動電機調(diào)節(jié)螺旋升降裝置高度，同時對調(diào)節(jié)后的高度采樣，再將其作為系統(tǒng)傳輸角度調(diào)節(jié)模塊輸入變量，再進行模糊推理策略和PID調(diào)節(jié)算法計算角度偏差值，之后再驅(qū)動電機動作。如此反復推理調(diào)節(jié)直至達到設(shè)定角度值。系統(tǒng)采用的離散PID調(diào)節(jié)的控制規(guī)律[2]為：

式中，u（k）為輸出的控制量；e（k）為控制誤差；ec（k）為誤差的變化率；Kp、Ki和Kd分別為比例、積分和微分的作用系數(shù)。模糊參數(shù)自整定PID控制的原理如圖4所示，PID調(diào)節(jié)的各項作用系數(shù)由模糊推理規(guī)則來確定。根據(jù)參數(shù)Kp、Ki和Kd對系統(tǒng)輸出特性的影響，規(guī)定自整定規(guī)則[3]如下。

（1）當|e|偏大時，為避免開始時e增長過快引起的微分過分飽和導致系統(tǒng)超出設(shè)定范圍，并提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，以及為了避免積分飽和、防止較大超調(diào)出現(xiàn)在系統(tǒng)響應(yīng)中，因此Kp取較大，Kd取較小。（2）當|e|和|ec|大小適中時，為減少系統(tǒng)響應(yīng)中的超調(diào)，Kp、Ki和Kd都不應(yīng)往較大取，Ki取較小，Kp和Kd=取中間值，以確保系統(tǒng)的響應(yīng)速度。（3）當|e|偏小時，為使系統(tǒng)具有較強的魯棒性，應(yīng)增大比例和積分系數(shù)，同時為防止振蕩出現(xiàn)在系統(tǒng)在設(shè)定值附近，在|ec|偏小時，Kd值應(yīng)取大，|ec|值偏大時，Kd值取小。

模糊PID調(diào)節(jié)的各項作用系數(shù)由二階模糊推理來確定。根據(jù)參數(shù)Kp、Ki和Kd對系統(tǒng)輸出特性的影響，如圖2所示制定各輸入、輸出變量的函數(shù)，分別建立Kp、Ki和Kd的模糊控制規(guī)則表，并對照模糊控制規(guī)則表進行模糊推理和運算后得到Kp、Ki和Kd，從而實現(xiàn)對傳輸角度的模糊PID控制[2]。

3 結(jié)論

本裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比具有產(chǎn)品切斷長度與分布均勻、不含鐵性雜志等優(yōu)點。除用于傳輸農(nóng)副產(chǎn)品之外，還可以用于將纖維狀長條物切割為短狀或顆粒狀物品并傳輸，樣機應(yīng)用于企業(yè)實際生產(chǎn)過程中效果較好。

參考文獻

[1]孫大成.色選機控制系統(tǒng)的研究[D].天津：天津工業(yè)大學.2010.

[2]代林.基于模糊控制系統(tǒng)的自整定PID參數(shù)控制器的設(shè)計[J].工業(yè)控制與應(yīng)用，2005（5）.

[3]何鴻志.基于PLC的可控起動傳輸裝置CST控制算法[J].煤礦機電，2011（2）.