工程項(xiàng)目胎胎面纏繞生產(chǎn)線調(diào)速系統(tǒng)的模糊控制

1、工程胎胎面纏繞生產(chǎn)線調(diào)速系統(tǒng)地模糊控制-機(jī)電論文工程胎胎面纏繞生產(chǎn)線調(diào)速系統(tǒng)地模糊控制王存雷（天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，中國 天津300131）【摘要】針對工程胎胎面纏繞生產(chǎn)線交流電動機(jī)組地各個傳動點(diǎn)速度難以互相 協(xié)調(diào)、匹配等困難，提出級聯(lián)型機(jī)組線速度模糊控制地技術(shù)方案.在對纏繞系統(tǒng)級聯(lián)生產(chǎn)線調(diào)速設(shè)計地基礎(chǔ)上，詳細(xì)論述模糊控制器地設(shè)計及程序地實(shí)現(xiàn).實(shí)際運(yùn)行表明，采用模糊控制可以滿足整個機(jī)組地線速度級聯(lián)、同步、動態(tài)補(bǔ)償、 穩(wěn)定運(yùn)行等自動化控制要求.關(guān)鍵詞電動機(jī)組；纏繞速度；模糊控制；胎面重量進(jìn)入21世紀(jì)，隨著公路交通和采礦業(yè)地迅速發(fā)展，使得大型地工程機(jī)械輪胎 地需求不斷地增加大型工程輪胎直徑大，斷面

2、寬，胎面厚，傳統(tǒng)地貼合工藝已 經(jīng)不能滿足正常地生產(chǎn)要求，同時斷面寬，厚度大地胎面人工貼合很難搬運(yùn)， 而且容易產(chǎn)生窩氣現(xiàn)象，為了適應(yīng)輪胎生產(chǎn)廠家地需求，我公司自主研發(fā)、設(shè) 計、生產(chǎn)了工程胎胎面纏繞生產(chǎn)線，是一種適用于工程子午線輪胎基部膠、胎 面膠等膠部件纏繞地專用設(shè)備在胎面纏繞生產(chǎn)線地設(shè)計中，針對整條生產(chǎn)線交流電動機(jī)組地各個傳動點(diǎn)速度 難以互相協(xié)調(diào)、匹配等困難，提出電機(jī)線速度模糊控制地技術(shù)方案.在對生產(chǎn)線調(diào)速設(shè)計地基礎(chǔ)上，詳細(xì)論述模糊控制器地設(shè)計及程序地實(shí)現(xiàn).以研華工控機(jī)為上位機(jī)監(jiān)控，AB RSLogix5000 PLC和PF-40變頻器以及工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)， 研究胎面纏繞生產(chǎn)線調(diào)速模糊控制地設(shè)

3、計與實(shí)現(xiàn)，實(shí)際運(yùn)行表明，采用模糊控 制可以滿足整個機(jī)組地線速度級聯(lián)、同步、動態(tài)補(bǔ)償?shù)茸詣踊刂埔?生產(chǎn)線地組成以及速度調(diào)節(jié)地要求1.1生產(chǎn)線地組成本生產(chǎn)線由擠出機(jī)，（帶有形狀）壓型輥，冷卻鼓，儲料裝置，纏繞主機(jī)（包 括運(yùn)動底座，支架及托架，纏繞頭）組成，如圖1所示膠料通過擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)動擠出膠條，生產(chǎn)狀態(tài)為連續(xù)狀態(tài)，膠條經(jīng)過型輥，產(chǎn) 生工藝要求地膠條形狀，然后經(jīng)過主動輥進(jìn)入雙鼓冷卻裝置，經(jīng)過冷卻后地膠 條進(jìn)入儲料裝置，支架及托架裝置，最后進(jìn)入纏繞頭，為了避免膠條地寬窄不 一，出現(xiàn)飛邊或過窄地現(xiàn)象，所以整條生產(chǎn)線速度地匹配十分重要纏繞過程中，整條生產(chǎn)線地運(yùn)動控制均采用伺服控制，通過各個伺服電機(jī)間

4、地 速度匹配，保證纏繞過程中地速度可控，減少拉伸；壓型輥地出口處安裝有測 寬裝置，以保證膠條寬度基本恒定.通過安裝在纏繞機(jī)頭上地編碼器，可以實(shí)時 檢測成型鼓地線速度，通過調(diào)整成型機(jī)成型鼓地轉(zhuǎn)速來保證成型鼓地線速度與 膠條輸送速度地匹配，將胎面膠以連續(xù)膠條形式以受控螺旋、可變螺距纏繞到 輪胎上形成胎面，從而完成準(zhǔn)確重量地纏繞工程胎胎面纏繞地胎面重量控制是整個纏繞過程地決定因素，為保證纏繞重量 地準(zhǔn)確，必須使膠條連續(xù)穩(wěn)定，并且纏繞生產(chǎn)線地速度和成型機(jī)成型鼓地速度 必須做到精確匹配.1.擠出機(jī)（壓型輥）；2.冷卻鼓；3.儲料裝置；4.纏繞主機(jī)；4-1.運(yùn)動底4-2.支架及托架；4-3.纏繞頭；5.溫

5、控裝置1.2生產(chǎn)線速度控制要求胎面纏繞出生產(chǎn)線地主要控制要求是：纏繞膠條通過口型板擠出預(yù)成型后，在經(jīng)過設(shè)定地型輥形成工藝要求地形狀，然后按順序依次經(jīng)過其后地各輸送裝置，各輸送環(huán)節(jié)之間有嚴(yán)格速度匹配，通過各個輸送裝置間伺服電機(jī)速度地匹配，實(shí)現(xiàn)對膠料地張力控制，使擠出地膠料既不能拉伸又不能堆積，從而達(dá)到全線地速度匹配，防止堆膠和膠條拉伸.根據(jù)上述控制過程和要求，需要生產(chǎn)線具有較強(qiáng)地速度整定能力，以保證胎面地產(chǎn)品質(zhì)量.膠條寬度穩(wěn)定是纏繞重量穩(wěn)定地基礎(chǔ)，擠出機(jī)型輥地出口裝有測寬傳感器，測寬傳感器地信號通過以太網(wǎng)進(jìn)入模擬量模塊，模擬量模塊將信號傳入PLC中，PLC通過調(diào)節(jié)伺服驅(qū)動器調(diào)節(jié)型輥伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速大

6、小來調(diào)解膠條寬度，當(dāng)膠條寬度高于設(shè)定寬度時，提高型輥轉(zhuǎn)速，反之，降低型輥速度.纏繞機(jī)可以通過模擬信號（0-10V ）來控制成型鼓地速度，然后發(fā)出一個啟動/停止信號，同時從成型機(jī)上得到準(zhǔn)備和故障信號，作為反饋信號.從圖2測寬調(diào)速裝置原理可以看出：型輥地速度由兩部分組成：其 VA V，中，V為系統(tǒng)設(shè)定速度值；V為系統(tǒng)設(shè)定速度值與實(shí)際速度地差值；由此兩部分合成型輥地控制速度，該速度大小可根據(jù)物料工況進(jìn)行調(diào)節(jié)2模糊控制器地設(shè)計模糊控制器地設(shè)計包括輸入和輸出地定義、模糊推理機(jī)制地確立和模糊判決地實(shí)現(xiàn).模糊控制器地任務(wù)是對輸入地信息模糊化，然后進(jìn)行模糊推理，給出模糊控制量，最后將模糊控制量清晰化為清晰控制

7、量.2.1輸入和輸出定義根據(jù)圖2所示，關(guān)鍵是對 地控制，選取膠條地寬度調(diào)節(jié)，來改變AV 地大 小與方向.模糊理論是建立在模糊集合之上，傳統(tǒng)集合是嚴(yán)格地0或1，而模糊集合可以從“不隸屬”到“隸屬”逐漸過渡，即隸屬度在 0到1地范圍內(nèi).文中“寬”、“窄”、“快”、“慢”這些在常規(guī)集合中無法解決地含糊概念就可在模糊集合中得到表達(dá)，這就為計算機(jī)處理這類帶有含糊性地信息提供了一種方法描述輸入變量及輸出變量地語言值地模糊子集為負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大，簡記形式為NB，NM，Z0，PM，PB.根據(jù)控制工藝，型輥轉(zhuǎn)速是單輸入單輸出控制地，其模糊系統(tǒng)如圖3所示.系統(tǒng)中地偏差e,偏差變化率ec和模糊控制器地輸出

8、控制量u都是確定地數(shù) 值，不是模糊集合輸入變量為從型輥出來地膠條地寬度：E論域0,+10 ，0表示膠條寬度最窄，10表示膠條寬度最寬；輸出變量為型輥地速度變 化值：u論域5，+ 5負(fù)數(shù)表示減速，正數(shù)表示加速.電壓隸屬度函數(shù)、速 度隸屬度函數(shù)分別如圖4、圖5所示.2.2模糊規(guī)則這里各模糊子集地隸屬度與速度地關(guān)系都是線性地，分別為三角形或半三角形模糊控制規(guī)則語言描述：若 e負(fù)大，則u正大；若e負(fù)小，貝U u正??；若e負(fù)零，貝U u正零；若e正小，貝U u負(fù)?。蝗鬳正大，貝U u負(fù)大.模糊規(guī)則是模糊推理地基礎(chǔ)，根據(jù)控制對象地實(shí)際工況制定模糊規(guī)則見表1.表1中共用5條模糊規(guī)則，表達(dá)地關(guān)系為:IF E=

9、 ei THEN U = ui其中E為輸入模糊變量，U為輸出模糊變量，ei、ui分別為E, U地語言值.2.3模糊推理模糊控制器地控制規(guī)則是由一組彼此間通過“或”地關(guān)系聯(lián)結(jié)起來地模糊條件語句來描述地，其中每條模糊條件語句，當(dāng)輸入、輸出語言變量在各自論域上 反映各語言值地模糊子集為已知時，都可表達(dá)為論域集上地模糊關(guān)系根據(jù)if E and C then U類型地推理規(guī)則，輸出控制量集合U =( Ex C)R即：Uu(z) = UR(x，y，z) ZE (x)A Uc ().根據(jù)上述規(guī)則和上式可得出這一規(guī)則地模糊關(guān)系：R=( Ex C) Tx U即：R=E(Xi) A C(Yj)ij A U(z)i

10、j xk由于一個過程控制地規(guī)則庫都是由若干條規(guī)則組成，對于每一條推理規(guī)則都可以得到一個相應(yīng)地模糊關(guān)系，N條規(guī)則就有N個模糊關(guān)系：R1整個系統(tǒng)地總地控制規(guī)則所對應(yīng)地模糊關(guān)系R可對N個模糊關(guān)系取“并”得式：3模糊控制在PLC上地實(shí)現(xiàn)胎面纏繞地型輥速度控制在傳統(tǒng)地可變程序控制器是通過查表地方式實(shí)現(xiàn)地.PLC是典型地二值邏輯控制器，通過 PLC來實(shí)現(xiàn)模糊控制，需要復(fù)雜地數(shù)值 運(yùn)算，這將占用PLC大量資源，降低了控制系統(tǒng)地實(shí)時性利用Matlab提供地 模糊邏輯工具箱可建立胎面、胎側(cè)輸送帶調(diào)速模糊控制系統(tǒng)地仿真，得到10個值地模糊控制查詢表為表2所示.本文采用AB RSLogix5000地PLC，在可編程

11、序控制器地軟件編制中著重解決兩點(diǎn)問題：一是模糊輸入變量地實(shí)現(xiàn)；二是模糊控制查詢表地實(shí)現(xiàn)速度調(diào)整程序流程如圖6所示.若通過型輥地膠條經(jīng)測寬后，尺寸沒有變化，則型輥地速度等于設(shè)定速度并保 持不變，若膠條地寬度過寬，則測寬裝置反饋回來地電壓信號地A/D轉(zhuǎn)換值減去5V電壓信號對應(yīng)地A/D轉(zhuǎn)換值，乘以一定地模糊規(guī)則比例系數(shù)之后再加上 之前型輥地速度給定.1 ）如果反饋回來地模擬量電壓信號大于 5V，則型輥地速度增加.2）如果反饋 回來地模擬量電壓信號小于 5V，則型輥地速度減小.3）電壓信號等于5V，則 型輥速度保持不變.這樣通過測寬裝置對應(yīng)地電壓信號地變化去自動調(diào)節(jié)型輥地 速度，達(dá)到了型輥速度整定地目

12、地，使各段輥道速度相匹配滿足擠出地胎面膠 條既不會拉伸也不會堆積.聯(lián)動線控制系統(tǒng)通過采集線性位移傳感器地檢測信號 達(dá)到了對系統(tǒng)地閉環(huán)控制.4結(jié)束語相比之下，目前國內(nèi)地工程胎纏繞機(jī)主要地結(jié)構(gòu)方式：一是主要采用仿型原理，需要掃描輪胎基線，耗時長，影響效率.二是擠出機(jī)出膠處沒有寬度檢測控 制，膠條形狀波動較大，不利于重量控制.而胎面重量及形狀尺寸控制恰恰是胎 面纏繞地關(guān)鍵.本文設(shè)計地胎面纏繞生產(chǎn)線調(diào)速模糊控制器，能實(shí)現(xiàn)對胎面輸送帶地智能調(diào)速 控制，滿足整個機(jī)組地線速度級聯(lián)、同步、動態(tài)補(bǔ)償?shù)茸詣踊刂埔?，提?了生產(chǎn)線連續(xù)平穩(wěn)生產(chǎn)地能力.論文采用模糊控制量查詢表地方式，從而避免在 PLC程序中作模糊

13、算法而導(dǎo)致系統(tǒng)實(shí)時性降低地缺陷，實(shí)現(xiàn)了在傳統(tǒng)可編程序控制器上地智能控制參考文獻(xiàn)1 Precup,RE .Preitl,S . o Clep,PA .0Ursache,l . B. Tar,J.K .Fodor,J .Stable Fuzzy ControlSystemswitIterativeFeedbackTunin gJIn tellige ntEngin eeri ngSystems,2008INES2008Intern ati onalConferenceon . . 2008(25):287 292.2 K. M . TSANG.Auto tuning of fuzzy logic

14、controllersforselfregulati ng processes J.Fuzzy Sets and Systems,2007(120):169 179.3 Lam,H . K. 0Ling,W . K .Sampled data fuzzycon trollerforcontinu ousnon li nearsystemsJ.Control Theory & Applications,IET2008,2:32 39.4 羅均,謝少榮，王琦智能控制工程及應(yīng)用實(shí)例M 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.5 王存雷，編.胎面纏繞生產(chǎn)線技術(shù)協(xié)議Z.天津賽象科技股份有限公司.6 孫增圻.智能

15、控制理論與技術(shù)M.北京:清華大學(xué)出版社,1997:41.7 王存雷.巨型工程胎胎面纏繞生產(chǎn)線控制系統(tǒng)地設(shè)計與研發(fā)D.天津大學(xué).責(zé)任編輯：湯靜參考文獻(xiàn)Preitl,S 。 Clep,P A 。StableFuzzy ControlSystems witIntelligentEngineeringInternationalConference1 Precup,R . E .Ursache,I B Tar,J K Fodor,J Iterative Feedback TuningJ Systems,2008 INES2008on 2008(25):287 292.of fuzzy logic controllers for self2 KM TSANG Auto tuning regulating processes JFuzzy Sets and Systems,2007(120):169 179.3 Lam,H K。 Ling,W K Sampled data fuzzy controlle