基于PLC和变频器的冷媒水压力控制

作者：时间：2014-03-04 来源：网络收藏

3 冷媒水温度模糊pid控制器

　　3.1 模糊pid控制特点

　　经典pid闭环算法难于实现冷媒水压力调节系统控制收敛。模糊pid控制利用当前的控制偏差，结合被控过程动态特性的变化，并针对具体过程的实际经验，根据一定的控制要求或目标函数，通过模糊规则推理确定控制参数，实现对系统的控制。

　　模糊控制对数学模型的依赖性弱，不需要建立过程的精确数学模型。模糊控制对系统动态过程有较好的控制作用，但对系统的静态误差无法消除。因此针对模糊控制和pid控制的各自特点，应用pid控制结合模糊控制的方法实现对系统的阶梯分段控制将会取得良好的控制效果。

　　3.2 模糊pid控制过程

　　本系统由于用户用水需求不确定，管网水压波动较大，数学模型很难确定，而模糊控制不需要精确的数学模型，因此压力控制算法采用模糊pid控制方式[2]-[4]进行设计。

　　模糊pid控制以误差e和误差变化ec作为输入，经模糊化后用模糊语言描述，利用模糊控制规则来判断控制量的真实值, 输出变量为u，为4～20ma的控制电流。模糊控制器的工作过程可以描述为：首先将模糊控制器的输入量转化为模糊量，以供模糊控制逻辑决策系统用,模糊决策器根据控制规则决定模糊关系r，应用模糊逻辑推理算法得出控制器的模糊输出量,最后经精确计算得出控制量控制被控对象。模糊pid控制图如图2所示。

图2 模糊pid控制框图

　　对压差e、压差变化率ec和控制量u的模糊语言变量分别为e、ec和u，其模糊语言变量的模糊语言值均为：{nb、nm、ns、zo、ps、pm、pb}，表示{负大、负中、负小、零、正小、正中、正大}。一般模糊论域中所含元素个数为模糊语言词集的2倍，所以模糊论域为{-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6}。根据比例因子ke和kec将e和ec模糊化。

　　其中n=6，管网压力变化范围为0. 3～0.5mpa ,而设定值为0.4 mpa，得出误差的基本论域e∈[ - 0. 1、0.1]；由经验得知，在正常情况下压力变化不会超过0.05 mpa/s，故误差变化量的基本论域ec∈[ - 0. 05、0.05]；因此可得误差e和误差的增量ec的比例因子分别为60和120。考虑对论域的覆盖程度、灵敏度和鲁棒性原则，本系统隶属函数选择为三角形隶属函数。

　　模糊控制规则是模糊控制的核心，它能够模拟人的基于模糊概念的推理能力，也就是利用语言归纳手动控制策略的过程。模糊控制的确定，实质上是将控制经验加以总结而得出一条条模糊条件语句。用复合条件语句表示为：if
　　　　 e=nl andec=nl
　　　　　then u=nl，从而使系统输出响应的动态特性和静态特性都达到最佳。本系统中，由于e和ec各有7个语言输入值,故共有7×7=49条if-then语句，可归纳为模糊控制规则表，具体如附表所示。

4 结束语

　　本文设计一种基于plc和变频器的且具有远程监控功能的冷媒水自动控制系统，具有响应快速、准确，操作方便，维护便利，高效节能等特点。将模糊pid控制器应用于该恒压控制系统，弥补了传统pid控制的不足，改善了系统的非线性、大滞后性等特征，提高了系统的鲁棒性。