1、第43 卷第1期2024年1月造纸科学与技术Paper Science and TechnologyVol.43No.1Jan.2024造纸备浆流送子系统自动化控制方案设计南艳子(咸阳职业技术学院,陕西咸阳,7 12 0 0 0)摘要:为实现针对造纸备浆流送子系统的自动化控制,研究基于备浆流送工段工艺的一般流量提出了模糊PID控制方案,采用模糊PID控制器对纸浆浓度进行控制。在此基础上,通过仿真实验的方式对模糊PID控制器的稳定性进行仿真分析。经实验研究发现,模糊PID控制器相比于常规PID控制器来说,抗干扰能力更强,有助于实现更加精准的纸浆浓度南艳子女士控制。关键词:备浆流送;自动化控制;模
2、糊PID控制器;仿真分析中图分类号:TS736+.1文献标识码:AD0I:10.19696/j.issn1671-4571.2024.1.018引文格式:南艳子.造纸备浆流送子系统自动化控制方案设计 J.造纸科学与技术,2 0 2 4,43(1):8 3-8 6.Design of Automation Control Scheme for Paper Pulp Preparation and Delivery SubsystemAbstract:In order to achieve automatic control of the pulp preparation and feeding
3、subsystem for papermaking,this study proposes afuzzy PID control scheme based on the general flow rate of the pulp preparation and feeding section process,and uses a fuzzy PIDcontroller to control the pulp concentration.On this basis,the stability of the fuzzy PID controller is simulated and analyze
4、d throughsimulation experiments.Through experimental research,it was found that the fuzzy PID controller has stronger anti-interference abilitycompared to conventional PID controllers,which helps to achieve more accurate pulp concentration control.Key words:slurry preparation and delivery;automation
5、 control;fuzzy PID controller;simulation analysis文章编号:16 7 1-457 1(2 0 2 4)0 1-0 0 8 3-4NANYanzi(Xianyang Vocational and Technical College,Xianyang 712000,China)0引言随着我国纸制品市场的不断发展,造纸企业的纸张产品生产质量不断提高,对于备浆流送系统的自动化控制水平提出了更加严格的要求。然而,传统的常规PID控制技术无法有效应对浓度调节固有的滞后性,无法满足浓度控制在鲁棒性和精确性等方面的要求 1-3 。因此,本次研究在绝干浆量控制工段
6、中引人模糊PID控制技术,通过模糊PID控制器来调节浓度回路,提高造纸企业在该工段下的浓度控制自动化水平。作者简介:南艳子,生于19 9 0 年,硕士,工程师,主要从事电气自动化研究。E-mail:。基金项目:咸阳职业技术学院2 0 2 3 年度教学改革研究项目(2 0 2 3 JYB12)1总体控制策略备浆流送子系统是造纸自动化控制系统的重要组成部分之一,该工段是纸浆原料的预备和处理工段,其工艺核心在于调节纸浆浓度,同时也负责调节流浆箱总压和纸浆上网流量。备浆流送工段所涉及的主要设备包括流浆箱、压力筛、冲浆泵以及高位箱等,具体工艺流程如图1所示。备浆流送工段的工艺流程依次为一级调浓、抄前池液
7、位控制、二级调浓、流量控制、机外白水池液位控制以及泵筛连锁控制,其中调节纸浆浓度是备浆流送工段的首要环节与核心环节,也是实现造纸备浆流送子系统自动化控制的关键。842绝干浆量控制基本策略绝干浆量指的是单位面积下纸张内所含有的纤维重量,计算方法为:D=FxC在公式(1)中,D代表绝干浆量,单位kg/h;C代表浓度,单位%;F代表流量,单位m/h。根据公式(1)可知,绝干浆量与上网流量和抄前池出口处浓度有关。因此,本次研究采用如图2 所示的控制策略。Fsv(s)CsV(S)在图2 中,CsvFpv(S)模拟信号转换为数字信号后再由模糊PID控制器对数字信号进行处理,最终由模糊PID控制器向受控对象
8、下达处理结果,驱动受控对象作出指定动作 6-8 。模拟控制的基本原理如图4所示。CpV(S)控制规则模化模糊推理设定值+EeA/Dde/dtec传感器D/A执行机构受控对象图4模糊控制基本原理3.3模糊PID控制器设计3.3.1模糊控制器结构本次研究采用“两输人三输出”结构的二维模糊PID控制器对备浆流送工段实施控制,将控制器输出设定为微分常数、积分时间常数、比例因子三个参数,将控制器输人设定为偏差信号e和偏差变化e。,基于既定的模糊规则实时输出控制信号。在实际应用中,本次研究将控制系统的输入信号设定为实际信号的偏差信号e和偏差变化率e。,以语句描述的方式将现有的操作经验转译为知识PT1LT2
9、冲浆泵压力筛流浆箱CF(sS)GF(S)x10模糊PIDGc(s)控制器0Fpv(S)D(SCp V(S)模糊判快第1期库,采用模糊推理的方式在线调整控制参数。比如在检测到输出值与设定值存在差异的情况下,系统会基于模糊状态变量e和e。向相关机构发送指令,在当前知识库中调用控制规则,对系统参数作出调整9-1。该过程的基本原理如图5所示。r(t)de/dtAKPAKAKDPID控制器图5模糊PID控制器基本原理3.3.2模糊规则设计在模糊PID控制器中,输入信号包括误差信号和误差变化率两项参数,将误差信号定义为e=r(t)-y(t),将误差变化率定义为e。=e(k)-e(k-1)。分别将比例调节系
10、数、积分调节系数、微分调节系数三个输出信号定义为Kp、KK,,输出信号在不同误差影响下的整定规则如下:(1)在系统误差较大的情况下,可在忽略K,的基础上降低超调量,在实际应用中可以采用较小的K,和较大K,以缩短系统响应时间12-14 ;(2)在系统误差适中的情况下,应当在合理调整K,和K,的基础上采用较小的Kp以避免产生过高的超调量;(3)在系统误差较小的情况下,应当采用较小的K,和K,以降低系统的振幅,同时合理调整K,以降低系统所受到的干扰15-17 。将PID控制器的实时参数定义为Kp、K,、K p,将PID控制器的初始参数定义为Kp、K K D,实时参数和初始参数与输出信号Kp、K,、K
11、,之间的数值关系如下18 ;Kp=Kp+K pK,=Kl+K pK,=KD+K D本次研究将误差e和误差变化率e。定义为系统输人语言变量,将Kp、K,和K,定义为系统输出变量,输人和输出变量均取正大、正中、正小、0、负大、负中、负小等七个模糊值,Kp、K,和K,的模糊规则如表1、表2、表3 所示。南艳子:造纸备浆流送子系统自动化控制方案设计表1AK,的模糊规则表正大正中正小0负大负中负小正大0正中0正小000负中负中0负大0负小负小0K模侯糊推解模Kee糊Ki理KD受控对象(t)85000000K负中0负小负小负小0负小负小0表2AK,的模糊规则表正大正中正小0负大负中负小正大负大0正中负大0
12、正小负中00负大负中 负中0正中正中正中负大负大负大负小0正大正中正大负中负大负大负小0正大正中正大负小负大负中负小0正中正中正中表3AK,的模糊规则表正大正中正小0负大负中负小正大负小0正中负小0正小负小0负小负小 负小0正小正小正小负大负小负中负小负中负小负中负小0正小正中正小负小负小负中负小0正小正中正小4模糊PID控制器仿真分析本次研究通过MATLAB软件中的Simulink程序对造纸备浆流送子系统中的模糊PID控制器进行仿真分析,并选用常规PID控制器与模糊PID控制器进行对比。分别于系统运行至50 秒的情况下添加扰动,两种控制器的抗扰动结果如图6 所示。1.81.61.41.20.
13、810.60.40.200图6干扰信号下的输出波形0000000正小正大正小00正小正中正小000000正小正中正小模糊PID常规PID20400正小正小0正小正小0正小正小0正中正中0000000正大0正小00006080t/s0正小正小10012014086根据如图6 所示的测试结果可知,模糊PID控制器在干扰信号下的波动显著小于常规PID控制器,整体振幅较小,体现出了较为理想的鲁棒性优势。5 结束语本文建立了一套基于模糊PID控制器的造纸备浆流送子系统自动化控制方案,基于备浆流送工段工艺的一般流程建立了融合模糊PID控制技术的绝干浆量控制策略。详细介绍了模糊PID控制器的整体结构以及模糊
14、规则设计方案,并对模糊PID控制器的稳定性进行了仿真分析。根据实验结果可知,模糊PID控制器体现出了更加优良的抗干扰能力,有助于进一步提高造纸备浆子系统的纸浆浓度调控精度,提高纸制品生产质量,具有一定的应用价值。参考文献1张伟岗.基于STM32为核心的高精度切纸机控制系统设计J.造纸科学与技术,2 0 2 1,4 0(6):53-54.2王伟,邱巧迪,徐世许.基于NJ控制器的前缘送纸机控制系统设计J.工业仪表与自动化装置,2 0 2 1(5):16-17.3 KRASNOV DMITRIY V.,UTKIN ANTON V.Robust StateObservers for Electrome
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