内蒙古科技大学
本科生毕业设计说明书（毕业论文）
题
变频调速皮带称重模糊控制配料系统
学生姓名：郭 昌 学 号：200540501407 专 业：自动化 班 级：自2005-4班 指导教师：崔桂梅 教授
目：内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
变频调速皮带称重模糊控制配料系统
自动化05-4 郭昌 指导教师 崔桂梅
摘 要 针对目前自动称重配料系统中采用传统PID控制的不足，提出了一种基于模糊-PID控制的方法。将模糊控制技术与传统的PID控制技术结合起来，共同应用于实际系统的调节当中，误差较小时采用PID控制，误差较大时采用模糊控制，大大提高了系统抗外部干扰和适应内部参数变化的鲁棒性，有效地解决了系统运行中误差不稳定和动态特性不理想的问题。系统采用西门子S7-200 PLC实现模糊-PID双模控制，充分利用了PLC的控制功能，通过查表在PLC中实现了较为先进的模糊控制算法，大大加快了系统的响应速度，PLC模拟输出控制变频器调节皮带电机转速，从而达到控制物料流量的目的，很大程度地降低了劳动强度，提高了生产效率和产品质量。 经过仿真试验，系统控制性能良好。
关键词：模糊-PID控制 ； 自动配料 ； 电子皮带秤 ； 变频调速
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Abstract
Automatic weighing ingredients for the current system used in the inadequacies of traditional PID control, a fuzzy-PID control-based approach. The fuzzy control technology with the traditional PID control technology combined with common regulation applies to the actual system, the error when using PID control of a smaller margin of error greater use of fuzzy control system greatly enhanced the anti-interference and adapt to external changes in the internal parameters robust and effective solution to a system error dynamic characteristics of instability and the problem of unsatisfactory.
System uses a Siemens S7-200 PLC to achieve dual-mode fuzzy-PID control, make full use of the PLC control functions, through the look-up table in the PLC to achieve a more advanced fuzzy control algorithm, greatly speeding up the system response speed, PLC analog output inverter control motor speed regulating belt, so as to achieve the purpose of controlling the flow of materials, to a large extent reduced the labor intensity and improve production efficiency and product quality. After simulation, the system control performance good.
Key words: Fuzzy - PID control; Automatic ingredient; Electronic belt scale; VVVF
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目录
摘 要 ......................................................................................................................................... I Abstract ......................................................................................................................................II 第一章 引 言 ............................................................................................................................ 1
1.1 设计背景及其意义 ..................................................................................................... 1 1.2 目前国内外的现状及存在的问题 ............................................................................. 2
1.2.1 电子皮带秤配料系统的现场工艺过程 .......................................................... 2 1.2.2 国内外常用技术解决方案 .............................................................................. 2 1.2.3 现有控制系统存在的问题 .............................................................................. 3 1.3 本设计的主要研究内容和解决的问题 ..................................................................... 5 第二章 自动配料系统的总体结构设计 .................................................................................. 7
2.1 系统总体设计方案和基本组成 ................................................................................. 7 2.2 系统工作原理及控制模型 ......................................................................................... 9 2.3 配料皮带秤的组成及原理 ....................................................................................... 10
2.3.1 配料皮带秤的组成 ........................................................................................ 10 2.3.2 配料皮带秤的工作原理 ................................................................................ 10 2.4 称重传感器 ............................................................................................................... 11
2.4.1 称重传感器的选择 ........................................................................................ 11 2.4.2 称重信号的处理 ............................................................................................ 12 2.5 测速传感器的选择 ................................................................................................... 14 2.6 电机调速方式的选择 ............................................................................................... 15
2.6.1 常用电机调速方式 ........................................................................................ 15 2.6.2 配料系统电动机的调速控制策略 ................................................................ 16
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2.7 系统的抗干扰设计 ................................................................................................... 19 2.8 接地措施 ................................................................................................................... 20 第三章 电气控制系统 ............................................................................................................ 21
3.1 配料过程的动力控制 ............................................................................................... 21
3.1.1 可编程控制器的选用和配置 ........................................................................ 21 3.1.2 系统的输入输出量 ........................................................................................ 22 3.1.3 动力控制部分的设计 .................................................................................... 24 3.2 称量落差补偿问题 ................................................................................................... 26 第四章 模糊-PID复合控制系统的设计 ............................................................................... 28
4.1 系统的控制模型 ....................................................................................................... 28 4.2 控制思想与控制算法 ............................................................................................... 29
4.2.1 PID控制器 ...................................................................................................... 29 4.2.2 模糊控制原理 ................................................................................................ 32 4.2.3 Fuzzy控制器的结构及算法 .......................................................................... 34 4.2.4 模糊控制算法的PLC实现 ........................................................................... 40 4.3 变频调速皮带称重模糊控制配料系统的仿真试验 .............................................. 42
4.3.1 仿真分析 ........................................................................................................ 43 4.3.2 仿真试验 ........................................................................................................ 43 4.3.3 结论 ................................................................................................................ 46
第五章 系统通信与管理软件的设计 .................................................................................... 47
5.1 系统的通信设计 ....................................................................................................... 47
5.1.1 PROFIBUS-DP概述 ..................................................................................... 47 5.1.2 PROFIBUS-DP系统的组成 ......................................................................... 48
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