皮带配料秤中PID控制的实际应用

　　1　皮带秤控制简介

　　皮带配料秤是一种用于测量和控制皮带输送机的物料流量的实时控制器。广泛用于矿山、冶金、水泥生产等行业。例如我国水泥生产厂中,熟料、生料的配送大多采用皮带配料秤,使用量很大。用微机控制的电子皮带秤大大提高了配料精度,对提高水泥质量,改善劳动环境,实现生产的自动化具有十分重要的意义。

　　一般电子皮带秤的结构如图1所示。

　　皮带输送机由电机M驱动,测速传感器SF的输出信号和皮带线速度成正比。皮带上方的料斗由激振器振动给料,激振器的振动电磁铁电流越大,给料越多。皮带上的物料重量由皮带机下方的荷重传感器WF测出,经A/D变换后进入控制器(下位微机)。控制器中的CPU将皮带速度信号及物料重量信号用乘法计算即得出皮带机传送的物料流量FL,与上位微机传送过来或人工给定流量指令BFL相比较,就可得出流量误差。经调节计算,去控制激振器的电流大小,以调节给料量的多少,达到恒定流量控制的目的。同时通过积分累加,还可测出皮带传送的物料总量。上位微机可以控制多台皮带秤的配料比例,还可进行统计,打印报表,系统控制等工作。

　　控制器是皮带配料秤的核心部件,它要实时采集SF、WF传感器送来的电机转速及荷重信号,并经滤噪计算和非线性补偿,转化成为实际的皮带线速度和皮带传送物料的重量值。同时与给定的标准流量值BFL比较,通过控制算法,给出激振器电流的控制信号。在流量误差过大的不正常情况下(例如料斗空仓、卡料等),控制器发出声光报警。此外,还要与上位机实时通信,送出当前流量,接收控制指令等。这些工作都必须实时完成。所以一般均采用单片微机,组成最小系统,以完成上述任务。在众多的控制算法中,PID控制算法由于其运算简单、可靠、控制精度良好,得到广泛的应用[1,2]。我们在采用经典PID算法的同时,增加了一些对控制参数的自适应校正,控制量的钳位,输出的非线性校正等辅助措施,并成功地运用于具体产品的设计,使得整个控制系统运行更为稳定,其稳态精度、超调量和响应时间等控制指标均达到较好的水平。

　　2　离散PID控制算法参数范围的确定

　　PID控制器的控制量算法以下面的差分方程给出[3]:

　　其中,kp为比例增益,T1为积分时间,TD为微分时间,en为当前一次的误差,xn为当前输出的控制量。一般采用递归算法,即只求输出的增量:

　　其中为误差增量,为误差的二阶差分,P、I、D即为控制器的比例、积分、微分常数。

　　选择最佳的控制参数对良好的控制性能是至关重要的。它们的选择应根据被控对象的模型和要求的最优目标函数来决定。由于皮带输送机———激振器系统是一个较复杂的系统,没有现成的数学模型可供参考。我们是通过计算机仿真寻优,先求取最佳参数的范围,然后再在实际运行中,通过现场调节来达到最佳参数的选取。