《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于模糊技術(shù)的齒輪箱加載實驗油溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)
摘要: 齒輪箱加載實驗是齒輪箱出廠前保證產(chǎn)品質(zhì)量的必備工序,即保持齒輪箱油溫高溫下(100℃)使齒輪箱帶負(fù)荷運行,達(dá)到檢驗齒輪箱性能的目的。傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計建立在精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型上,由于實際油溫控制系統(tǒng)存在大慣性滯后環(huán)節(jié),而且隨著實驗的進行油的成份會發(fā)生變化,導(dǎo)致慣性時間常數(shù)變化。另外,齒輪箱加載與不加載,會導(dǎo)致整個溫控系統(tǒng)參數(shù)變化較大,難以建立系統(tǒng)的精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型。而模糊控制的設(shè)計建立在操作者的實際控制經(jīng)驗上,不依賴精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型。故對基于模糊技術(shù)的齒輪箱加載實驗油溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行設(shè)計。
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0 引言

齒輪箱加載實驗是齒輪箱出廠前保證產(chǎn)品質(zhì)量的必備工序,即保持齒輪箱油溫高溫下(100℃)使齒輪箱帶負(fù)荷運行,達(dá)到檢驗齒輪箱性能的目的。傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計建立在精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型上,由于實際油溫控制系統(tǒng)存在大慣性滯后環(huán)節(jié),而且隨著實驗的進行油的成份會發(fā)生變化,導(dǎo)致慣性時間常數(shù)變化。另外,齒輪箱加載與不加載,會導(dǎo)致整個溫控系統(tǒng)參數(shù)變化較大,難以建立系統(tǒng)的精準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型。而模糊控制的設(shè)計建立在操作者的實際控制經(jīng)驗上,不依賴精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型。故對基于模糊技術(shù)的齒輪箱加載實驗油溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行設(shè)計。

1 硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖1。其溫度變送器選用西門子BS-RWB型變送器,其測量溫度-50~150℃、輸出電流4~20mA。EM235模擬量模塊可將0~20mA的電流轉(zhuǎn)化成0~32000的整數(shù),以實現(xiàn)對溫度的測量。S7-200是西門子PLC,有PWM輸出功能。根據(jù)給定溫度和測量溫度的偏差,經(jīng)模糊控制器得出PWM占空比,控制固態(tài)繼電器的通斷,從而控制加熱元件達(dá)到溫度自動調(diào)節(jié)的目的。PWM是脈寬調(diào)制,控制量的輸出是一個采樣周期的脈沖寬度,脈寬越寬,控制量越大,加熱元件發(fā)熱越厲害,溫度越高。硬件采用模塊化設(shè)計可靠程度高。

2 溫度模糊控制器的設(shè)計

2.1 模糊化

1)觀測量模糊化

用給定溫度與測量溫度的偏差作為觀測量x∈X,X為論域:X={3,-2,-1,0,1,2,3}。

記溫度模糊觀測量為5個模糊集合PBx(正大)、PSx(正小)、0x(零)、NSx(負(fù)小)、NBx(負(fù)大),它們的隸屬函數(shù)如表1。

2)控制量增量模糊化

控制量增量模糊化用PWM占空比增量y∈Y表示,Y為論域:

Y={-40%,-30%,-20%,-10%,0,10%,20%,30%,40%}

與觀測量類似,也采用等級來描述控制量。記占空比增量為5個模糊集合PBy(正大)、PSy(正小)、0y(零),NSy(負(fù)小)、NBy(負(fù)大),其隸屬函數(shù)如表2。采樣周期的單位通常為秒,周期占空比增量以百分?jǐn)?shù)的形式表示。 

2.2 建立模糊控制規(guī)則一,構(gòu)造模糊關(guān)系矩陣

根據(jù)實際經(jīng)驗溫度偏差正大,需增加PWM占空比正大,溫度偏差正小,需增加PWM占空比正小,得出模糊控制規(guī)則如表3。

2.3 模糊判決

采用最大隸屬原則:

y0={(-40%,0),(-30%,0),(-20%,0.2),(-10%,0.5),(0%,0.5),(10%,1),(20%,0.5),(30%,0.5),(40%,0.5)}

故確切的響應(yīng)是PWM的占空比增加10%。

3 測試結(jié)果

在采樣周期是5s的情況下,從室溫38℃加熱到100℃的數(shù)據(jù),如表4。

在100℃油溫下齒輪箱轉(zhuǎn)速從0 r/min上升到2400r/min的數(shù)據(jù),如表5。

測試表明系統(tǒng)運行穩(wěn)定,超調(diào)量較小,滿足齒輪箱加載實驗溫度控制的要求。

4 結(jié)束語

該溫度模糊控制器的設(shè)計步驟簡單、調(diào)試方便、通用性強,在工程實踐中有好的使用價值。

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