基于模糊PID控制方法的跳汰机排料系统研究
摘要
目前跳汰机排料的控制多采用逻辑控制或常规PID控制，但这两种控制方法的局限性容易导致大排大放，跑煤等问题，因此本文提出了用模糊PID控制来代替上述两种控制方法实现跳汰机排料的自动控制。
文中首先论述了模糊PID控制的理论基础，介绍了模糊控制的原理及模糊PID的结构和设计。然后分析了跳汰机排料系统的组成，求出了每个环节的传递函数，建立了跳汰机排料系统模型。在此基础上设计了适用于跳汰机排料系统的模糊PID控制器，利用MATLAB进行仿真，对控制效果进行了详细的分析。仿真结果表明模糊PID控制器不依赖于系统模型，在响应速度、稳态精度及对干扰的抑制能力等方面均优于常规PID，尤其适用于象跳汰机排料系统这样的非线性、大滞后且随机干扰严重钓系统。最后通过实验室实验进一步验证了该控制器的控制效果。
At present, control methods of jigger discharging mostly adopt general PID controller or basic logical controller, but their disadvantages often result in some questions, such as great discharging and dropping of refined coal, etc. Based on this, replacing the two control ways, Fuzzy PID Control is proposed to realize the auto-control of jig discharging.
Firstly, the basic theory of Fuzzy PID Control is discussed in the paper. The principle of Fuzzy Control and the structure and the design of Fuzzy PID Control are introduced. Secondly, the composing of the jigger discharging system is analyzed, the T-function of every part is calculated, the model of jigger discharging system is established. Based on this, Fuzzy PID Controller applied to jigger discharging system is designed with simulation by MATLAB, analysis in detail to the control effect is processed. The research shows: Fuzzy PID Controller is independent of the system model, and it is prior to general PID in response speed and stable precision and restraint ability against the interference, especially appropriate to nonlinearity and serious hysteresis and random interference system such as jigger discharging system. Lastly, the control effect of this controller is validated again by experiment in lab.
文中首先论述了模糊PID控制的理论基础，介绍了模糊控制的原理及模糊PID的结构和设计。然后分析了跳汰机排料系统的组成，求出了每个环节的传递函数，建立了跳汰机排料系统模型。在此基础上设计了适用于跳汰机排料系统的模糊PID控制器，利用MATLAB进行仿真，对控制效果进行了详细的分析。仿真结果表明模糊PID控制器不依赖于系统模型，在响应速度、稳态精度及对干扰的抑制能力等方面均优于常规PID，尤其适用于象跳汰机排料系统这样的非线性、大滞后且随机干扰严重钓系统。最后通过实验室实验进一步验证了该控制器的控制效果。
At present, control methods of jigger discharging mostly adopt general PID controller or basic logical controller, but their disadvantages often result in some questions, such as great discharging and dropping of refined coal, etc. Based on this, replacing the two control ways, Fuzzy PID Control is proposed to realize the auto-control of jig discharging.
Firstly, the basic theory of Fuzzy PID Control is discussed in the paper. The principle of Fuzzy Control and the structure and the design of Fuzzy PID Control are introduced. Secondly, the composing of the jigger discharging system is analyzed, the T-function of every part is calculated, the model of jigger discharging system is established. Based on this, Fuzzy PID Controller applied to jigger discharging system is designed with simulation by MATLAB, analysis in detail to the control effect is processed. The research shows: Fuzzy PID Controller is independent of the system model, and it is prior to general PID in response speed and stable precision and restraint ability against the interference, especially appropriate to nonlinearity and serious hysteresis and random interference system such as jigger discharging system. Lastly, the control effect of this controller is validated again by experiment in lab.
引文
1 张志学，李峥嵘，李朝晖．水轮机调速系统的PID参数模糊整定．水电自动化与大坝监测，2002(1)：34～36
2 姚磊．二级计算机模糊加权PID温控系统．武汉理工大学学报，2002(2)：22～24
3 王少愚．参数自整定PID控制器的研究．硕士学位论文，2001
4 何善君．基于PLC通信网络技术的双缸水闸液压启闭控制系统的建模、远程监控和故障诊断．硕士学位论文，2001
5 姜学宝．基于模糊PID控制理论的双微机励磁调节器的研制．硕士学位论文，2002
6 WU Huai yu, ZHOU Zhaoying, XIONG Shenshu. Fuzzy Control Method with Application for Functional Neuromuscular Stimulation System. TsingHua Science and Technology, 2001, 6,2:294～297
7 Ying H. Analytical relationship between the fuzzy PID controllers and the linear PID controller. Technical Report. 1987
8 Astrom K J, Hagglund T. PID Controllers:Theory, Design and Tuning. ISA, 1995
9 Kim J H, Kim K C, Chong K P. Fuzzy precompensated PID controllers. IEEE Transaction on Control System Technology, 1995,2:406～411
10 Hu B G, Mann G K I, Gosine R G. New methodology for analytical and
optimal design of fuzzy PID controllers. IEEE Transactions on Fuzzy Systems,1999,7:521～539
11 Xu J X, Liu C, Hang C C. Tuning of fuzzy PI controllers based on gain/phase margin specifications and ITAE index. ISA Transaction, 1996,35:79～91
12 Hu B G, Mann G K I., Gosine R G. How to evaluate fuzzy PID controllers without using process information. Processing of the 14th World Congress-IFAC, K. Beijing: 1999.177～182
13 Raju G V, Zhuo J. Adaptive hierarchical fuzzy controller. IEEE Transaction on System, Man & Cybernetics, 1993,23:973～980
14 Yager R R. On the construction of hierarchical fuzzy systems models. IEEE Transaction on Systems, Man, and Cybernetics, 1998,28C:55～66
15 Katata R, de Geest D, Titli A. Fuzzy controller:design,evaluation, parallel and hierarchical combination with a PID Controller. Fuzzy Sets & Systems, 1995,71:113～129
16 Chen G. Conventional and fuzzy PID controllers:An overview. Int. J. of Intelligent Control & System, 1996,1:235～246
17 胡包钢，应浩．模糊PID控制技术研究发展回顾及其面临的若干重要问题．自动化学报，2001，27(4)：567～583
18 霍志红，唐必光，张忠学．PID参数的模糊整定．电站系统工程，2002，18(2)：56～57
19 韩瑞珍，陈国定，杨马英．基于模糊推理的自整定PID控制器．基础自动化，2002，9(2)：38～40
20 罗海福，毛义梅，张晶．一种参数自适应模糊PID控制器的设计与仿真．自动化与仪器仪表，2001(3)：10～12
21 黄晓宇．基于MATLAB的模糊自整定PID参数控制器计算机仿真．自动化与仪器仪表，2001(3)：21～24
22 黄勇理，瞿坦，章萍，郑楚光．过热气温二级模糊鲁棒自调整PID控制器设计．信息与控制，2002，31(1)：68～72
23 袁世强，赵锡龄．模糊控制与PID控制的比较．科技情报开发与经济，2001，11(2)：49～51
24 朱凯．跳汰机自动排料装置在选煤厂的应用．选煤技术，2002(3)：52～54
25 刘素芬，熊诗波，郑利兵．跳汰机自动排料系统模糊控制的研究．煤矿机械，2001(2)：23～24
26 李明，雷汝海，姬伟，汪宁．跳汰机排料系统模糊控制．煤矿自动化，2001(5)：8～11
27 林明星，尹守仁．跳汰床层松散的模糊控制．煤矿自动化，2001(2)：17～18
28 刘骏跃．PID参数的模糊整定器研究．机电工程，2001，18(4)：65～67
29 曹月东，高东杰，胡包钢．一类模糊PID控制器的鲁棒优化设计．控制与决策，2002，17(1)：73～76
30 王守唐，高东杰．一维模糊PID控制器的钝性稳定性分析．信息与控制，2002，31(1)：51～54
31 张涛，李家启．基于参数自整定模糊PID控制器的设计与仿真．交通与计算机，2001，增刊19：27～30
32 韩启纲，吴锡祺．计算机模糊控制技术与仪表装置．中国计量出版社，1999
33 路甬祥主编．液压气动手册．机械工业出版社，2002
34 何克忠，李伟．计算机控制系统．清华大学出版社，1998
35 薛定于．反馈控制系统分析与设计．清华大学出版社，2000
36 刘金锟．先进PID控制及其MATLAB仿真．电子工业出版社，2003
37 吴晓莉，林哲辉．MATLAB辅助模糊系统设计．西安电子科技大学出版社，2002
38 陈维山，赵杰．机电系统计算机控制．哈尔滨工业大学出版社，1999
39 楼顺天，胡昌华，张伟．基于MATLAB的系统分析与设计一模糊系统．西安电子科技大学出版社，2001
40 章卫国，杨向忠．模糊控制理论与应用．西北工业大学出版社，1999
41 李士勇．模糊控制，神经控制和智能控制论．哈尔滨工业大学出版社，1996
42 H．A．萨梅林．跳汰理论及其应用．煤炭工业出版社，1982
2 姚磊．二级计算机模糊加权PID温控系统．武汉理工大学学报，2002(2)：22～24
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32 韩启纲，吴锡祺．计算机模糊控制技术与仪表装置．中国计量出版社，1999
33 路甬祥主编．液压气动手册．机械工业出版社，2002
34 何克忠，李伟．计算机控制系统．清华大学出版社，1998
35 薛定于．反馈控制系统分析与设计．清华大学出版社，2000
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38 陈维山，赵杰．机电系统计算机控制．哈尔滨工业大学出版社，1999
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