造纸机模糊控制系统的设计
工艺介绍 打浆车间送来的浓纸浆在混合箱与白水混合稀释后形成稀纸浆，经过除砂装置去除浆料中的尘埃和浆团，通过网前箱流布在铜网上。纸浆在铜网上经自然滤水，形成湿纸页，经压榨部脱水后，连续经过两组烘缸干燥，最后经压光作为成品纸，上卷筒卷取，其工艺流程图如下所示
造纸机工艺流程图
成纸水分含量是纸业最重要的质量指标之一。水分过高，会导致出现气泡，水斑等纸病,而过低则会导致纸页发脆，易断，同时还会多用蒸汽，使耗能增加 在长达数十米的纸机流程中，影响成纸水分的因素很多，其中最主要的是湿纸页在烘干的热传递情况和成纸定量水分的耦合。由于蒸汽压力时可测的，一般将它视为纸水分的控制变量。 烘干部有3组共20多只直径1m左右的烘缸，要以定量关系式准确地描述纸页在烘干过程中的机理是十分困难的，因此，采用模糊控制器控制成纸水分较为合适可行
模糊控制器的设计 模糊控制器的设计通常可分为离线设计和在线设计，离线设计就是根据操作人员的先验知识，确定模糊控制规则到生成模糊控制查询表的完整过程。它包括输入量量化，确定模糊子集和模糊关系矩阵，进行模糊判决，并建立控制输出查询表等内容。
关于成纸水分控制的先验知识可定性归纳为： 1 如果水分低于给定值，就减少进入烘缸的蒸汽，降低烘缸温度，使水分值升高，反之，则增加蒸汽量，使水分值降低。 2 如果水分偏离给定值较小，只需调节2段蒸汽量，但在偏离较大时应同时调节1,2两段的蒸汽量 3 由于烘缸升温快而降温较慢，故在调节时关汽应快些
（1）量化 设e和ec分别代表偏差和偏差变化率，其基本论域为 将其基本论域量化为
（2）确定模糊子集 得到量化论域后，对各变量定义模糊子集。令 式中， 和 分别为X，Y的模糊子集，可用语言变量PB,PM,…NM,NB等表示。对各模糊子集确定量化论域中各元素的隶属函数可得到隶属函数表。 设 , 分别为1，2段蒸汽的控制量，相应的论域为
（3）确定模糊关系与控制输出模糊子集 根据操作经验，设定一组模糊控制规则为 If and then and 其模糊关系为 当给定x=, y= 时，则由模糊合成规则推理得到 （4）进行模糊判决，并生成控制输出查询表
模糊控制器的在线实现 在系统设计时，令
对 的隶属度函数 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 PB 0.1 0.4 0.8 1.0 PM 0.2 0.7 PS 0.3 0.5 ZO 0.6 NS NM NB
并根据给出的合成推理规则进行推理运算，最后又最大隶属度函数判决原则，可得到供模糊控制器动态控制时控制表如下表所示 这是假设只有2段蒸汽的情况下得到的，要将它用于有两段蒸汽的情况，必须经过变换。取 则
模糊控制表 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 7 -7
在小偏差时，为消除余差，应考虑积分作用。整个成纸水分模糊控制系统结构如下图所示
硬件实现 其实现有多种形式，在此我们仅讨论模糊控制如何在PLC上实现的 首先将求得的量化因子，比例因子等参数置入PLC中， 采集到的变量误差e误差变化率ec置入数据存储区,先经过限辐处理,再按给定量化因子量化,并对应到模糊集论域中的相应元素, 由此查询模糊控制表 根据离线计算好的模糊控制表可得到控制输出量u,再乘以相应量化因子即可得到当前控制量的实际值 其控制流程图如下所示
流程图
Matlab仿真结果如下： 1：仿真结构图
2：仿真结果图
结 论 在此，我们取一个近似的对象传递函数进行仿真，由结果可以看出模糊控制上升时间较短，没有超调，而且积分部分有效地消除了系统偏差，拥有较好的控制性能。
参考文献 1 刘金琨．先进 PID 控制 MATLAB 仿真（第2版）．电子工业出版社，2004 2 吴晓莉，林哲辉等．MATLAB 辅助模糊系统设计 西安电子科技大学出版社，2002 3 孙增圻等，智能控制理论与技术．北京：清华大学出版社，2000 4 蔡自兴，智能控制（第二版）．电子工业出版社，2004 5 冯冬青，谢宋和等，模糊智能控制．化学工业出版社，1998