[发明专利]基于模糊控制器的自调匀整控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于信号与信息处理及纺织技术领域，具体涉及一种基于模糊控制器的自调匀整控制系统，本发明还涉及利用该系统进行控制的方法。

背景技术

自调匀整系统是一种用来控制棉条粗细不匀的自动调节装置。自调匀整器自动控制输出棉条的定量，是采用自动调节牵伸倍数的办法。它在棉条太粗时加大牵伸，太细时则减小牵伸，最后使输出棉条始终维持一定范围的粗细和定量，它在现代纺织工业中有着极其重要的地位。该系统是一个强扰动(输入棉条线密度不断变化)、大延迟(匀整点到检测点的延时)的定值(输出棉条的线密度为一定值)控制系统。

在传统的自调匀整控制中，大多是采用PID控制，这种控制过程较为复杂。传统的PID控制在工业生产中虽然得到广泛应用，但是对于大滞后、非线性的复杂系统，常规PID控制很难保证其控制效果处于最佳状态。而模糊控制不需要控制对象的精确数学模型，它是一种基于规则的控制，依据操作人员的控制经验和专家的知识，通过查表就可以得到控制量，实现简单，控制效果好。

模糊控制是智能控制的一种典型和较早的形式，作为智能控制的一个分支，自从1974年英国的Mandani成功的将其应用于锅炉和蒸汽机的控制以来，特别是近几年得到了飞速的发展。模糊控制是模糊数学和控制理论相结合的产物，它采取了人的思维具有模糊性的特点，通过使用模糊数学中的隶属度函数、模糊关系、模糊推理等工具，得到控制表格进行控制，它不需要建立被控对象的数学模型、系统鲁棒性强，且模糊控制方法易于掌握。因此，它特别适用于那些难以获得过程的精确数学模型及具有时变时滞、非线性、大滞后的复杂工业控制系统，具有较强的鲁棒性和抗干扰能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于模糊控制器的自调匀整控制系统，解决了现有PID控制系统对于大滞后、非线性的复杂系统，很难保证其控制效果处于最佳状态的问题，通过对牵伸机构罗拉速度的控制，改善棉条粗细不匀的状况，提高产品质量。

本发明的另一目的是提供一种利用上述系统进行控制的方法。

本发明采用的技术方案是，一种基于模糊控制的自调匀整控制系统，包括依次连接的喂入检测点和牵伸机构，喂入检测点上还依次连接有检测机构和控制器，控制器的输出端通过执行机构和牵伸机构相连接。

本发明采用的另一技术方案是，采用一种基于模糊控制的自调匀整控制系统，其结构为：包括依次连接的喂入检测点和牵伸机构，喂入检测点上还依次连接有检测机构和控制器，控制器的输出端通过执行机构和牵伸机构相连接，

具体按照以下步骤实施：

步骤1：在控制器内设定线密度值，将棉条放入喂入检测点，检测机构对棉条线密度进行检测，得到喂入棉条的实际线密度值，将棉条的实际线密度值传递给控制器；

步骤2：将上步检测后的棉条输送至牵伸机构，控制器将步骤1得到的实际线密度值与设定线密度值进行比较，根据模糊控制规则得到牵伸比的调整值，将得到的牵伸比的调整值传递给执行机构，执行机构根据牵伸比的调整值得到调整后的牵伸比，然后控制牵伸机构按照调整后的牵伸比对棉条进行牵伸，使得棉条的线密度值和设定线密度值相同，得到匀整后的棉条，完成基于模糊控制的自调匀整控制。

本发明的特点还在于，

其中控制器根据模糊控制规则得到牵伸比的调整值，具体按照以下步骤实施：

A：确定模糊控制器的输入变量即误差精确值e和误差变化率精确值ec，输入变量即为输入棉条的实际线密度值与设定线密度值的偏差以及偏差变化量，偏差变化量是通过对偏差的求导得到，输出变量为牵伸比的调整量U；

B：根据经验和自调匀整输入输出模型的规律得到以下的模糊控制条件语句：

如果棉层厚度小了很多，并且有进一步减小的趋势，那么模糊控制器输出电压加大；

如果棉层厚度小了很多，并且有进一步增大的趋势，那么模糊控制器输出电压取中值；

如果棉层厚度大了很多，并且有进一步增加的趋势，那么模糊控制器输出电压减小；

如果棉层厚度大了很多，并且有进一步减小的趋势，那么模糊控制器输出电压取中值；

根据以上规则及人工控制经验得到控制规则，在MATIAB中的FIS编辑器中对规则进行编辑；

C：将步骤A中得到的误差精确值e和误差变化率精确值ec量化到模糊论域变成误差模糊值E及误差变化率模糊值EC，即将偏差和偏差变化量量化到[-6，6]论域段，定义输入、输出模糊变量的模糊子集；由步骤B得到的模糊控制器的控制规则，确定模糊子集隶属函数曲线的形状，利用matlab中的模糊控制工具箱对模糊控制器进行仿真；