風(fēng)送式噴霧風(fēng)機(jī)PLC模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

宋清艷

摘要：針對(duì)目前我國(guó)變量噴霧風(fēng)機(jī)噴霧效果不好且很難控制的特點(diǎn)，本文研究采用無級(jí)調(diào)速模糊控制來解決該問題，在控制過程中加入了控制算法，通過對(duì)算法分析，將模糊PI算法移植到PLC程序中，編寫模糊PI控制程序，調(diào)試PLC程序，最終達(dá)到其控制效果。通過仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該方法能夠很好的解決變量噴霧風(fēng)機(jī)噴霧效果。

關(guān)鍵詞：噴霧風(fēng)機(jī) 無級(jí)調(diào)速 模糊控制自整定PID

中圖分類號(hào)：TP273.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）09-0006-01

研究國(guó)外變量噴霧農(nóng)具的發(fā)展，不難看出變量噴霧農(nóng)具在國(guó)外己經(jīng)相當(dāng)成熟特別是在歐美國(guó)家，目前國(guó)內(nèi)對(duì)變量噴霧農(nóng)具的研究進(jìn)展緩慢，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)十三五規(guī)劃的提出，發(fā)展現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)控制為極大的推進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展有著極其重要的意義[1]。我國(guó)的果園變量噴霧重點(diǎn)加強(qiáng)一下性能：

霧滴初始動(dòng)能（即穿透力）、作業(yè)適應(yīng)能力、工作參數(shù)調(diào)整的靈活方便性、噴施精準(zhǔn)性能，對(duì)環(huán)境友好性能[2]。

因此，促使果園變量噴霧技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，需要變量噴霧、自動(dòng)行走、自動(dòng)檢測(cè)和控制三大核心技術(shù)的支撐[3]。

1 噴霧風(fēng)機(jī)無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路

本噴霧系統(tǒng)通過微型薄膜泵從儲(chǔ)液罐抽取藥液，薄膜泵抽取的藥液進(jìn)過閥門進(jìn)入到霧化系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)置了回流閥來輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量和壓力，起到輔助調(diào)節(jié)和保護(hù)系統(tǒng)的作用。

薄膜泵抽取的液體在扇形噴霧噴頭的霧化作用下將藥液霧化，霧化后的藥液經(jīng)軸流風(fēng)機(jī)對(duì)靶噴霧，實(shí)現(xiàn)噴霧系統(tǒng)工作整體工作流程。噴霧系統(tǒng)通過渦輪流量計(jì)和壓力傳感器對(duì)系統(tǒng)的流量和壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)控制精確化。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速通過光電傳感器來進(jìn)行測(cè)量，所測(cè)得風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)化反饋給PLC，實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋閉環(huán)控制。

2 噴霧風(fēng)機(jī)調(diào)速原理

由電機(jī)學(xué)可知，交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：

公式一：

其中：——定子供電頻率；

p——極對(duì)數(shù)；

s——轉(zhuǎn)差率。

通過以上變頻調(diào)速器原理可以看出，改變頻率或改變電壓都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)噴霧風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)與控制。當(dāng)電壓與頻率比值恒為常數(shù)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)了交流電機(jī)平滑調(diào)速。

3 模糊控制原理

通過使用Matlab軟件中的Simulink工具來進(jìn)行模糊控制的仿真，從設(shè)計(jì)出最為適合的PID參數(shù)自組織模糊控制器。如量化因子、 的選取、修正因子的取值等，通過模擬軟件的模擬與參數(shù)的調(diào)整修正，得到一個(gè)理想的二輸入一輸出的PID參數(shù)自整定的模糊控制控制器。

3.1 確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)選用兩輸入單輸出的模糊控制器。控制器的輸入為速度偏差E和速度偏差變化率EC，輸出為變頻器控制量。

3.2 定義輸入、輸出模糊集合

將速度偏差分為NB、NM、NS、NZ、PZ、PS、PM、PB八個(gè)模糊集合；將速度偏差變化率和變頻器控制量定義為NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB七個(gè)模糊集合。

3.3 定義隸屬度函數(shù)

通過FIS編輯器，分別對(duì)E、EC和U進(jìn)行定義隸屬度函數(shù)。E的論域定義為[-4，4]，EC的論域定義為[-3，3]，U的論域定義為[-5，5]。

4 PLC控制

通過模糊串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)得到圖三控制系統(tǒng)模擬圖。經(jīng)量化因子取EK=5，ECK=320，UK=1/3.5（因子可在仿真過程中調(diào)整），在Simulink平臺(tái)下建立整個(gè)模糊串級(jí)控制仿真框圖。由于常規(guī)模糊控制器具有Fuzzy比例微分作用，缺少積分環(huán)節(jié)，因此必然不可避免地產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差，為提高風(fēng)速控制系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)態(tài)精度要求，因此圖中引入PI控制策略，構(gòu)成Fuzzy-PI復(fù)合控制器。將仿真好的Fuzzy-PI控制器植入到PLC，通過PLC程序調(diào)試得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：PID控制超調(diào)量為20%，調(diào)節(jié)時(shí)間為5s；采用主調(diào)節(jié)器為Fuzzy-PI調(diào)節(jié)器真結(jié)果為：PID控制超調(diào)量為5.1%，調(diào)節(jié)時(shí)間為1.5s；因此串級(jí)控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，調(diào)節(jié)品質(zhì)良好。

5 結(jié)語(yǔ)

從以上試驗(yàn)仿真結(jié)果可以看出，利用Matlab來構(gòu)建變量噴霧無級(jí)變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)模糊控制器系統(tǒng)響應(yīng)速度快，誤差精度高，操作方便，從建模到最終的試驗(yàn)仿真結(jié)果來看，用戶除了簡(jiǎn)單的操作外，大量的PLC程序，PC機(jī)程序，各種驅(qū)動(dòng)模塊已經(jīng)響應(yīng)的程序，液晶顯示程序和驅(qū)動(dòng)等都不需要用戶自己去實(shí)現(xiàn)。需要指出的是，目前控制方法很多，如何科學(xué)合理的選擇模糊控制、多模模糊控制、模糊PI控制、隸屬度可變模糊控制、自調(diào)整整模糊控制、模糊PID控制等。該模糊PI控制器雖然在整體控制效果上令人滿意，但仍然存在超調(diào)量不易及時(shí)消除等問題。如何利用Matlab中simulink工具箱及時(shí)高效的設(shè)計(jì)出更加合理科學(xué)、性能更優(yōu)良的模糊控制器，需要進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

[1]張國(guó)良，曾靜，鄧方林.模糊控制及其MATLAB應(yīng)用[J].西安交通大學(xué)出版社，2002，11（4）：98-103.

[2]劉秀娟，周宏平，正加強(qiáng).農(nóng)藥?kù)F滴漂移控制技術(shù)研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21（1）：186-189.

[3]何雄奎，曾愛軍，何娟.果園噴霧機(jī)風(fēng)速對(duì)霧滴的沉積分布影響研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2002，18（4）：75-77.