CN101943888B

CN101943888B - 一种皮带秤系统输出的控制方法

Info

Publication number: CN101943888B
Application number: CN2010102210491A
Authority: CN
Inventors: 何晓东; 杨永济
Original assignee: ZHUHAI LONGTEC CO Ltd
Current assignee: ZHUHAI LONGTEC CO Ltd
Priority date: 2010-07-08
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2030-07-08
Also published as: CN101943888A

Abstract

本发明公开了一种快速准确、控制稳定的皮带秤系统输出的控制方法。在本方法中当目标流量误差范围小于某一阈值时，采用PID模型控制；当目标流量误差范围大于此阈值时，调整到线性模型找到最佳的控制输出点，并限制控制输出量的上下限。将此控制方法应用在皮带秤仪表上，用户在使用具有在线线性调整功能的皮带秤控制仪表时，只需提出一个目标值，如果是在合理范围内，模型控制就能迅速找到最佳的控制值，解决了超调和响应时间的矛盾，所以控制的效果超调小、波动小、反应快。

Description

一种皮带秤系统输出的控制方法

技术领域

本发明涉及计量控制领域，尤其涉及一种皮带秤系统输出的控制方法。

背景技术

在传统的皮带秤仪表的控制中，完全把皮带秤控制对象当成未知特性的黑盒子。而且因为仪表的模拟量(4-20mA)控制输出AO的特性也不可能作到完全线性，变频器和电机的输出和输入也不是线性的。这些非线性使得开发人员不能用优秀的控制算法来控制皮带秤，控制结果不能简单预见，通常只能采用最基本的试探性的控制算法，即先控制输出一个值，根据反馈回来的值的大小再调整输出，直到达到控制目的为止。这必然会产生超调和响应时间的矛盾，例如常用的PID控制。PID控制是纯滞后控制，其控制本身的滞后性严重，不能及时反应当前情况，于是控制效果往往是超调大或者反应慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种快速准确、控制稳定的皮带秤系统输出的控制方法。

本发明所采用的技术方案是：本发明包括以下步骤：

当目标流量误差范围小于某一阈值时，采用PID模型控制；当目标流量误差范围大于此阈值时，调整到线性模型找到最佳的控制输出点，并限制控制输出量的上下限；

所述线性模型的控制方法为：

(1)把控制输出的非线性曲线通过多点采样分成多段直线，建立线性模型，计算各线段的端点坐标以及斜率，建立数据库；

(2)当需要计算目标值的输出量时，通过查找数据库计算出对应的输出值。

所述控制输出非线性曲线包括仪表的模拟量控制输出、变频器和电机的输出，皮带秤系统输出为二者的函数。

所述误差范围阈值为2％FS。

本发明的有益效果在于：本发明的在线线性调整的控制方法，已经通过算法处理，把控制对象输出特性线性化，此时控制对象的输出特性模型就可以简化为简单直线模型，从而使控制输出具有预见性，为各种优秀算法的实施提供了前提。在此模型下，任一点的输出特性只需要知道相应的直线段的斜率和原点就可以推算出。这样就可以直接找到最佳的控制值，而不再象传统PID控制那样慢慢调整以接近目标值。将此控制方法应用在皮带秤仪表上用户在使用具有在线线性调整功能的皮带秤控制仪表时，只需提出一个目标值，如果是在合理范围内，模型控制就能迅速找到最佳的控制值，解决了超调和响应时间的矛盾，所以控制的效果超调小、波动小、反应快。

附图说明

图1为本发明中线性模型建立示意图。

具体实施方式

首先，皮带秤控制系统的非线性的主要集中在两部分：1)仪表的模拟量控制输出AO的特性也不可能作到完全线性；2)变频器和电机的输出也不是线性的。

假设控制模型是

y＝f(x1，x2)(1)

y为皮带秤系统的输出，x1为仪表的模拟量控制输出，x2为变频器和电机的输出。因为x1和x2的非线性，使得这两个非线性的交集使得控制模型f(x1，x2)函数很难建立。

针对以上两个问题，本方案中线性调整分为两部分，分别是：

1、对仪表的模拟量控制输出AO的特性x1作线性补偿调整，使其具有较理想的线性输出。

2、对变频器和电机的输出x2作线性补偿调整，使其具有较理想的线性输出。

设经线性调整后的新的算法模型为

Y’＝F’(X1’，X2’)(2)

Y’为调整后的皮带秤系统的输出，X1’为线性调整后的仪表的模拟量控制输出，X2’为线性调整后的变频器和电机的输出。

由式(2)知，当X1’、X2’为线性时，可以推算出F’(X1’，X2’)也具有线性。从而把皮带秤系统的模型简单化为一条直线了。

x1和x2线性调整原理说明：

把仪表模拟量控制输出和变频器、电机的输出的非线性的曲线，通过多点采样，分成多段直线。在各段内就可以按理想的直线来作计算，当采样点数足够多时，可以认为这些直线段的组合可以反应原非线性曲线的特性，因此把非线性的模型变成了线性化的模型。

线性化模型原理图如图1所示，图中实线为理想的给料机输出(变频器、电机的输出)能力的曲线图，虚线为把非线性取样分段的直线图。

对于不同的皮带秤仪表的4～20mA输出或变频器、电机的输出，设已作N点的线性标校，分别取得各点的流量输出为Y₀、Y₁……Y_N，计算各段斜率，建立数据库。

求某一点x_t的输出值y_t，点x_t在相邻的采样点X_i-1点和X_i点中间，即X_i-1≤x_t≤X_i，设X_i-1点和X_i点的输出值分别为Y_i-1、Y_i，则有：

y_t＝Y_i-1+(t-X_i1)*k(i)；(3)

k(i)＝(Y_i-Y_i-1)/(X_i-X_i-1)；(4)

应用时，要先找出当前计算点是在哪段直线中，由查找数据库得出该直线的原点和斜率，再由公式(3)、(4)计算出相应的输出。

在本事实例中应用本发明的皮带秤仪表有一个模拟量输出线性标定菜单。在该菜单下可对皮带秤仪表的模拟量输出作多点的线性标定，一般作11点线性标定，分别对模拟量输出的0％FS、10％FS、20％FS、30％FS、40％FS、50％FS、60％FS、70％FS、80％FS、90％FS、100％FS作线性标定。这是在仪表出厂时由厂家调试好的，用户一般不用调整。以及应用本发明的皮带秤仪表有一个给料机输出线性标定菜单。在该菜单下皮带秤仪表可以作给料机输出的11点线性标定。分别对给料机输出的0％FS、10％FS、20％FS、30％FS、40％FS、50％FS、60％FS、70％FS、80％FS、90％FS、100％FS作线性标定。

皮带秤仪表在自动控制时可以选择在线线性调整方式和PID的结合的控制策略，具体实施时，当当前流量误差大于某一值时，用在线线性调整方式找到最佳的控制输出点的范围，并限制控制量输出的上下限；当前流量误差小于某一值时，用PID控制。

下面就具体的实例来对比一下使用了在线线性调整方式的皮带秤仪表和使用传统PID控制的皮带秤仪表的控制时间。

应用本发明作了线性调整的皮带秤仪表，已对其模拟量输出作了非线性补偿，非线性仅为2/10000，在一般的皮带秤系统中，可以认为其是理想线性的。

对给料机作了11点线性标定，结果如下：

给料机输出	平均流量
		0％FS	0.0T/h
10％FS	5.0T/h
		20％FS	15.0T/h
30％FS	26.5T/h
		40％FS	39.0T/h
50％FS	50.5T/h
		60％FS	60.3T/h
70％FS	69.2T/h
		80％FS	77.0T/h
90％FS	84.4T/h
		100％FS	93.0T/h

由上表，例如，需要把目标流量设定为45.0T/h时，根据已有11点数据表格，仪表根据公式(3)、(4)计算出相应的输出为45.2％FS，则仪表直接把控制给料机变频器的4-20mA直接调到45.2％FS输出，就可以很快达到目标值。

以下是个几个控制点的对比效果，要求控制误差为1％FS。当在线线性调整方式的调节范围为2％FS，即当流量误差大于2％FS时用在线线性调整方式迅速找到最佳的控制输出点，当流量误差小于2％FS时用PID控制。

由以上可以发现在线线性调整方式具体非常明显调节时间的优势。当目标流量变化越大时，PID控制需要的越多的时间来达到控制目标，而在线线性调整控制方式中，无论目标流量变化多大，它的调节时间是一样的。而且都是很短的时间内完成调整。

Claims

1.一种皮带秤系统输出的控制方法，其特征在于，当目标流量误差范围小于某一阈值时，采用PID模型控制；当目标流量误差范围大于此阈值时，调整到线性模型找到最佳的控制输出点，并限制控制输出量的上下限；所述线性模型的控制方法为：

2.根据权利要求1所述的一种皮带秤系统输出的控制方法，其特征在于，所述控制输出的非线性曲线包括仪表的模拟量控制输出、变频器和电机的输出，皮带秤系统输出为二者的函数。