淺談模糊控制理論在拋丸機(jī)過程控制中的應(yīng)用

摘 要：根據(jù)模糊控制理論，分析噴丸機(jī)的運(yùn)行過程。通過模糊控制算法達(dá)到全 自動(dòng)控制，可以有效地進(jìn)行 自動(dòng) 運(yùn)行提高生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵字：噴丸機(jī) 智能控制理論 模糊控制 自動(dòng)控制 中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672―1152 2014 06―0062―03

1 拋丸機(jī)概述

鋼管內(nèi)、外壁清理線系利用拋丸器高速彈丸流束對(duì)旋轉(zhuǎn)的鋼管外壁進(jìn)行拋丸清理，而后又對(duì)其內(nèi)壁進(jìn)行噴丸清理，清除鋼管內(nèi)、外壁的氧化層與附著物，使之獲得均勻精細(xì)的潔凈表面，顯露鋼管基材色。 清理線適用于鋼種為高溫耐蝕合金、馬氏體、奧氏體及雙相不銹鋼鋼管的外、內(nèi)氧化皮清理。本清理線的布置為先外拋后內(nèi)噴，鋼管外壁拋丸清理機(jī)和鋼管內(nèi)壁噴丸清理機(jī)作為整套連線設(shè)備，實(shí)現(xiàn)整線亦可分別獨(dú)立使用。

2 機(jī)器結(jié)構(gòu)

本機(jī)主要由輸送輥道、清理室、拋丸器、彈丸循環(huán)系統(tǒng)、平臺(tái)和電氣控制等組成，配套設(shè)備為除塵系統(tǒng)。

2．1 輸送輥道

本輸送輥道主要由室外輥?zhàn)?入端與出端 、室內(nèi)輥?zhàn)?、輥?zhàn)又Ъ?、主室輥?zhàn)又Ъ芤约皢屋伩招妮S平行軸斜齒輪減速器獨(dú)立驅(qū)動(dòng)等部件組成。采用單槽整體V形錐輥以保證鋼管在前進(jìn)時(shí)又能自轉(zhuǎn)。

輸送速度根據(jù)變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)工件輸送與拋丸清理速度隨意設(shè)定與靈活使用。

2．2 清理室

清理室為板式箱形組焊結(jié)構(gòu)，它主要由清理室體、清理室護(hù)板、檢修門 3個(gè) 以及上、下密封簾等件組成。

清理室頂部偏離實(shí)體中心 20mm處沿工件運(yùn)行方向布置 3臺(tái)QY一30型拋丸器，實(shí)施對(duì)旋轉(zhuǎn)與前進(jìn)的鋼管周表全方位拋射清理。清理室上設(shè)有出風(fēng)口，與除塵器管道連接。


2．3 拋丸器。 外拋機(jī)頂配置3臺(tái)高效節(jié)能型 QY一30型拋丸器 ，它是機(jī)器的心臟部件，其性能直接決定了拋丸的清理質(zhì)量與效率以及使用壽命與維修費(fèi)用 ，因此，對(duì)此部件要給予足夠的維護(hù)保養(yǎng)重視。


2．4 彈丸循環(huán)系統(tǒng)
2．4．1 分離器的工作原理與結(jié)構(gòu)組成

分離器是拋丸設(shè)備的重要功能部件之一，其功能是將可繼續(xù)使用彈丸從循環(huán)運(yùn)行的混合彈丸流中分離出來，分離出的彈丸再次投人使用以分離出雜物。分離 器主要由分離殼、篩網(wǎng)、彈丸閘門管組成。
2．4．2 分離器調(diào)整與使用
分離效果好壞直接影響機(jī)器的清理質(zhì)量與效 率，使用時(shí)應(yīng)確保適用的、清潔的彈丸流入拋丸器。 每天檢查分離效果、分離區(qū)物料流幕的厚度及其均 勻性、風(fēng)速，并作相應(yīng)的調(diào)整。
1 ）分離效果判斷：分離后彈丸中含有灰塵和細(xì)碎彈丸太多，原因是調(diào)節(jié)板張口間隙不當(dāng)或風(fēng)量不足；廢料管流出有較多可繼續(xù)使用的合格彈丸，原因 是廢料調(diào)節(jié)板張 口間隙不當(dāng)或風(fēng)量過大。 件組成。
2 ）提升機(jī)：由擺線針輪減速機(jī)、皮帶輪、皮帶、料 斗、上殼、中殼和下殼、中殼蓋與下殼蓋以及拉板、螺栓組合的張緊裝置組成。提升機(jī)的下端進(jìn)料 口與螺旋輸送器相連，上端出料 口直接與分離器相連。工作時(shí)，固定在皮帶上的料斗將提升機(jī)底部的丸料刮起， 然后在提升機(jī)擺線針輪減速機(jī)驅(qū)動(dòng)下，將丸料提升至提升機(jī)頂部 ，較后靠離心重力方式落料，將丸料直接送入分離器里。


3 控制過程說明

鋼管被堆放在上料支架上，由人工將其排列整齊，視待清理鋼管管徑不同，可通過電動(dòng)推桿的調(diào)節(jié)擋塊換型，再靠氣缸驅(qū)動(dòng)的撥叉裝置將適宜的鋼管撥送到鋼管外壁清理機(jī)人端V形輸送輥道上。鋼管靠傾斜 V型皮、銹層及異物迅速脫落，顯露出金屬本色。工件在鋼管外壁拋丸清理機(jī)內(nèi)被清理好后，通過輥道被輸送出清理機(jī)的出端輥道上。


清理過程中，撒落下來的丸塵混合物料經(jīng)清理室內(nèi)的帶孔底護(hù)板流入下部螺旋輸送器 ，再由輸送器輸送匯集于提升機(jī)下部，再提升到機(jī)器上部的分離器里，分離后的好彈丸落人料斗內(nèi)供拋丸器循環(huán)使用，彈丸自動(dòng)進(jìn)入清理室內(nèi)拋射區(qū)時(shí)，邊前進(jìn)邊旋轉(zhuǎn)的鋼管圓周外表連續(xù)不斷地接受三臺(tái)拋丸機(jī)縱向拋出的高速彈丸流束的打擊與摩擦，使之氧化； 清理中產(chǎn)生的塵埃，由抽風(fēng)管送向除塵系統(tǒng)，凈化處理后的凈氣排人大氣中，顆粒狀塵埃被捕捉收集 。

設(shè)備在運(yùn)行過程當(dāng)中通過人員對(duì)要求進(jìn)行作業(yè)的不同規(guī)格的鋼管進(jìn)行作業(yè)，按照要求對(duì)相應(yīng)規(guī)格的參數(shù)進(jìn)行人為的輸入進(jìn)行確認(rèn)。對(duì)于不同規(guī)格的鋼管通過變頻器進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

4 PID控制算法
4．1模糊PID控制算法

模糊PID控制算法是對(duì)轉(zhuǎn)速偏差和轉(zhuǎn)速偏差率兩個(gè)輸人量進(jìn)行模糊化處理，得到模糊量，然后按照模糊推理規(guī)則，計(jì)算得到PID三個(gè)控制參數(shù)的模糊控制量后 ，把模糊控制量去模 糊處理變?yōu)閷?shí)際可 以利用的 PID參數(shù)。該算法主要由參數(shù) 增量式 PID算法和模糊推理 系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。增量式PID 算法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，模糊 推理系統(tǒng)以轉(zhuǎn)速偏差e 和轉(zhuǎn) 速偏差率 ec作為輸入 ，采用 模糊推理的方法對(duì) PID參數(shù) Kp、Ki、Kd進(jìn)行在線整定 ，以 滿足不同的偏差 e和偏差率 ec對(duì)控制器參數(shù) 的不 同要 求。

4．2 模糊推理
有輸入量E、 和輸出量 AK。、AKi、A ，根據(jù) 設(shè)備原有參數(shù)設(shè)計(jì) ，根據(jù)供丸閥開口的程度會(huì)通過三角皮帶連接電機(jī) ，以電流的形式將流量反饋到操作臺(tái)顯示屏幕上。通過傳感器檢測到的成品鋼管的尺寸，自動(dòng)變換供丸閥開口程度 ，在不超過保護(hù)電路下限值的情況下進(jìn)行作業(yè)。

4．3 參數(shù)修正
參數(shù)修正包括輸出量 △ 、△Ki、AK 的模糊決策和PID參數(shù)的整定。系統(tǒng)采用加權(quán)平均算法對(duì)輸出量模糊化處理，將模糊的輸出量轉(zhuǎn)換成精確量 ， 對(duì)PID控制參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償；PID參數(shù)整定則是根據(jù) 模糊決策所得精確輸出結(jié)果與設(shè)定的PID控制參數(shù) 進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，得出較佳的PID控制參數(shù)，通過增量式PID控制算法調(diào)整 PWM波的占空比，輸出PWM波經(jīng)驅(qū)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。

4．4 采用增量式PID算法

采用增量式PID控制PWM波占空比，不需要對(duì)誤差進(jìn)行累加，可以避免計(jì)算溢出，防止積分飽和。能夠通過加權(quán)處理而獲得比較好的控制效果。模糊算法如下式表達(dá)：

由于電機(jī)模型的非線性，常需要對(duì)PID控制參 鋼管通 數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，所以通用的PID算法難以實(shí)現(xiàn)高 精度的控制，因此使用模糊算法對(duì)PID控制的參數(shù)進(jìn)行同步調(diào)整，可以取得較好的控制效果I3]。


5 三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速仿真模型

MATLAB軟件中異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速仿真框如圖 1 所示，各個(gè)模塊的建立和參數(shù)設(shè)置如下：


圖1 異步電機(jī)閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速仿真示意圖
1、電源電壓大小設(shè)置為220V，相位相差 120。， 頻率50Hz。
2 晶閘管三相交流調(diào)壓器的建模如圖2所示，參 數(shù)設(shè)置為阻抗 2e～，正向電壓 lV，感抗和初始電流均 為 0。
圖2 晶閘管三相交流調(diào)壓器仿真模型 3 同步6脈沖觸發(fā)器的建模參數(shù)設(shè)置為：電機(jī)類 管長度必須嚴(yán)格按照較小長度 2．5m以上進(jìn)行作業(yè)。 型為鼠籠式電機(jī)，頻率 50Hz，電壓的有效值 380V， 2 對(duì)于內(nèi)噴砂設(shè)備，由于設(shè)備處于半封存狀態(tài)， 轉(zhuǎn)子 0．452e～。
4 控制電路的有關(guān)參數(shù)設(shè)置：速度反饋系數(shù)設(shè) 備進(jìn)行恢復(fù)。噴砂箱附近的AC4000氣動(dòng)三聯(lián)件的 為3O，pi；調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置分別為：Kp一30； 300； 建議壓力為0．6MPa，設(shè)備調(diào)試人員給出的參數(shù)建 上下限幅值為[18o，一1801；限幅器限幅值為[180，30]。
需要注意的一點(diǎn)是，為了得到比較復(fù)雜的給定 設(shè)備調(diào)試過程當(dāng)中出現(xiàn)早期殘留鋼丸結(jié)塊的現(xiàn) 轉(zhuǎn)速信號(hào)，這里采用了將簡單信號(hào)源組合的方法，將 象，造成噴砂加濃閥 風(fēng)砂混合裝置 阻塞、噴槍出砂 兩個(gè)階躍信號(hào)疊加組成輸入信號(hào)。此處階躍輸入信 量較小的現(xiàn)象，對(duì)于此現(xiàn)象的處理方式為整體拆卸 ， 號(hào) step的階躍時(shí)間設(shè)為0，初值設(shè)為0，終值設(shè)為 進(jìn)行疏導(dǎo)作業(yè)。后期在試生產(chǎn)作業(yè)中出現(xiàn)管內(nèi)鋼丸 100，采樣時(shí)間設(shè)為2s；
5 系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置如下：仿真所選的算法 試車 ，設(shè)備恢復(fù)正常，按照設(shè)備維護(hù)說明建議更換。 為 ode23tb；仿真 Starttime設(shè)為 0，Stoptime設(shè)為4，其他為默認(rèn)值。


圖4所示為交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的給定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速曲線。從仿真結(jié)果可以看出：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，仿真系統(tǒng)的實(shí)際速度能實(shí)現(xiàn)對(duì)給定速度的良好跟蹤；在過渡過程中，仿真系統(tǒng)的實(shí)際速度對(duì)階躍給定信號(hào)的追蹤有一定的偏差。從圖中所示結(jié)果可以預(yù)見，實(shí)際速度對(duì)斜波給定信號(hào)的跟蹤是比較穩(wěn)定的，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

6 運(yùn)行過程中控制理論的實(shí)際應(yīng)用

1 外噴砂部分設(shè)備，構(gòu)成主體：上料和外噴兩部分。
設(shè)備的設(shè)計(jì)運(yùn)行原理是按照類目地點(diǎn)附近并行排列的兩排限位開關(guān)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于設(shè)備上料部分，由扇形擋料裝置 狀態(tài)由電動(dòng)推桿進(jìn)行維持 以及訂料裝置由兩臺(tái)200mmx120mm氣缸進(jìn)行作業(yè)。對(duì)于不同的規(guī)格的管子進(jìn)行 自動(dòng)運(yùn)行作業(yè)時(shí)，需要對(duì)擋料裝 置的傾斜角度進(jìn)行調(diào)整。在 自動(dòng)運(yùn)行的情況下，外拋需要設(shè)備制造商人員以及作業(yè)區(qū)人員對(duì)內(nèi)拋相關(guān)設(shè) 議所有氣動(dòng)三聯(lián)件的壓強(qiáng)均穩(wěn)定在0．6MPa。 階躍信號(hào) step1階躍時(shí)間設(shè) 殘留的現(xiàn)象，空氣油水濾清器內(nèi)的銅濾芯阻塞，致使 為2s，初值設(shè)為0，終值設(shè)為50，采樣時(shí)間設(shè)為2S。 主氣源提供的氣壓不符合作業(yè)要求，銅濾芯清洗后 由于外部環(huán)境以及設(shè)備內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，防止空氣中起 泵時(shí)攜帶的水分造成設(shè)備內(nèi)部鋼丸結(jié)塊，建議每兩周進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)，現(xiàn)已根據(jù)氣候原因頻率更改為每 周進(jìn)行一次 自動(dòng)設(shè)備操作循環(huán)。
圖4 轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果

7 結(jié)語 根據(jù)模糊控制理論的相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合設(shè)備的使用條件 ，可以有效地評(píng)估并處理相關(guān)問題項(xiàng)，對(duì)于保 證設(shè)備安全平穩(wěn)的運(yùn)行有促進(jìn)作用。

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