CN103235510A - 生料供料过程仓重智能切换控制方法及其控制系统 - Google Patents

生料供料过程仓重智能切换控制方法及其控制系统 Download PDF

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CN103235510A CN2013101160287A CN201310116028A CN103235510A CN 103235510 A CN103235510 A CN 103235510A CN 2013101160287 A CN2013101160287 A CN 2013101160287A CN 201310116028 A CN201310116028 A CN 201310116028A CN 103235510 A CN103235510 A CN 103235510A
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Abstract

本发明申请提供有生料供料过程仓重智能切换控制方法及其控制系统。本生料供料过程仓重智能切换控制方法基于控制系统实现的，控制系统中采用了输出频率调控信号的三大控制器：PI控制器、模糊控制器和前馈控制器，和依据切换规则在运行PI控制模式的PI控制器和运行模糊控制模式的模糊控制器之间切换选择的切换选择器，利用了PI控制器和模糊控制器自身控制模型以及在两者之间切换选择的切换规则，构成了包括工艺规定范围内和工艺规定范围外两区域衔接全覆盖自动化智能控制，保证了生料供料过程始终处于正常、顺畅的工作运行状态。

Description

生料供料过程仓重智能切换控制方法及其控制系统
技术领域
本发明专利申请涉及机电自动控制系统和控制方法，尤其涉及控制生料供料系统的旋转供料变频器，使生料由均化库到生料仓及向外稳定、畅通料供料的机电智能自动控制系统和其控制方法。
背景技术
生料仓是生料供料线上的供料枢纽设备。均化库内的均化生料由各出料口的旋转供料器降送至空气斜槽上，生料经提升斗提升，并送入生料仓，由生料仓下料，完成均化生料供料。在整个供料线中，需要良好控制均化库出料流量，避免生料仓出现满仓或空仓现象。这是保证供料的顺畅和稳定的一重要技术课题。
现有技术的控制装置和控制方法是以生料仓仓重为数值采集对象及控制对象，产生输出对应的频率调控值来调整旋转供料器的运行状态。但实际控制过程中会发现生料秤流量不能及时跟踪工艺规定设定值，存在较大的偏差，存在较严重的控制滞后。目前的常规控制方法为PID控制法——比例积分微分控制法。PID控制法虽容易实现，但存在的技术问题较多，一是该控制方法没有建立一生料仓重数学控制模型，所以它在生料仓重设定值和实际仓重值的偏差处于小范围波动时的控制是适合的，其中更多的需要操作人员以多年的实践经验来试凑调整增益比例                                                
Figure 736401DEST_PATH_IMAGE001
和积分时间
Figure 528907DEST_PATH_IMAGE002
，通过试凑方法手段将生料仓仓重控制在生料仓仓重设定值与实际仓重值的偏差在所需的范围内。由于现有试凑PID控制方法的技术核心部分参与了更多人为因素，它不能准确、有效的完成控制目的。当生料仓重实际值与设定值出现较大偏离时，这种PID控制系统就不能及时、快捷的使生料仓重跟踪生料仓重设定值，而常常出现生料仓 “满仓”或 “空仓”现象。因此现有的控制方法在实际当中控制自动化程度低、控制效果不明显。
发明内容
本发明专利申请的发明目的在于提供一种自动化程度高、确保生料供料生产效率的生料供料过程仓重智能切换控制方法及其控制系统，该控制系统和控制方法还实现了对生料仓仓重出现大幅度波动状态的有效控制，实现了全范围覆盖、全自动控制的技术目的。
本发明专利申请提供的生料供料过程仓重智能切换控制方法，其技术方案的主要内容是：一种生料供料过程仓重智能切换控制方法，该控制方法基于以下的智能切换控制系统，本控制系统包括有输出频率调控信号的三大控制器，其中，第一控制器为PI控制器，是生料仓仓重偏差值处于工艺规定范围之内的PI控制器，第二控制器为模糊控制器，是当料仓仓重偏差值超出工艺规定范围的模糊控制器，第三控制器为PI控制器或模糊控制器的前馈控制器，是以生料仓出料流量的偏差值来获得频率调整值并馈入PI控制器或模糊控制器的输出调控信号的前馈控制器，控制系统中还包括有依据切换规则在运行PI控制模式的PI控制器和运行模糊控制模式的模糊控制器之间切换选择的切换选择器，还包括用于在均化库各出料口旋转供料器之间选一执行切换的选择器；
所述切换规则如表1：
表1
Figure 623159DEST_PATH_IMAGE003
其中的
Figure 893734DEST_PATH_IMAGE004
，为生料流量工艺基准值，为生料流量采集处理值，
Figure 109187DEST_PATH_IMAGE007
为生料流量工艺基准值
Figure 684918DEST_PATH_IMAGE005
与生料流量采集处理值
Figure 229163DEST_PATH_IMAGE006
的流量偏差值，
Figure 534111DEST_PATH_IMAGE008
表示生料仓仓重设定值
Figure 163807DEST_PATH_IMAGE009
与生料仓仓重采集处理值
Figure 265931DEST_PATH_IMAGE010
的仓重偏差值，
Figure 664682DEST_PATH_IMAGE011
为设定的正常供料生产状态下生料仓仓重偏差变化最小值，
Figure 468428DEST_PATH_IMAGE012
为设定的正常供料生产状态下生料流量变化的最小值，
Figure 772370DEST_PATH_IMAGE013
作为控制器选择标识，
Figure 922860DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 943162DEST_PATH_IMAGE015
分别代表选择运行的PI控制器C 1和选择运行的模糊控制器C 2，
Figure 153695DEST_PATH_IMAGE016
表示切换转换为相应控制器、并由该控制器输出的频率调控量，
Figure 194201DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 148381DEST_PATH_IMAGE018
分别代表的是由PI控制器C 1输出的频率调控量和模糊控制器C 2的输出的频率调控量，
Figure 23190DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure 670203DEST_PATH_IMAGE020
分别代表PI控制器C 1或模糊控制器C 2作为切换前工作的控制器于切换时间点t0的初始输出值；
第一控制器的控制模式：
本控制器为PI控制器C1，是经分析判断已满足表1的条件Rule 11：
Figure 994743DEST_PATH_IMAGE021
 且
Figure 939565DEST_PATH_IMAGE022
时，由切换选择器所选择确定的主控制器S1，本控制器C1输出的频率调控量
Figure 167415DEST_PATH_IMAGE023
所依据的数学控制模型为：
Figure 486795DEST_PATH_IMAGE024
本模型中的
Figure 800095DEST_PATH_IMAGE001
为，
Figure 880233DEST_PATH_IMAGE026
，式中的
Figure 382232DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 182829DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 781038DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 717901DEST_PATH_IMAGE030
为变频器频率阶跃响应变化量，
Figure 379083DEST_PATH_IMAGE031
为生料仓重随输入的频率阶跃变化量
Figure 853927DEST_PATH_IMAGE030
而产生变化并达到稳定时的变化量，
Figure 757292DEST_PATH_IMAGE032
代表变频器频率开始变化的时间，
Figure 312776DEST_PATH_IMAGE033
代表生料仓重开始变化的时间，
Figure 315498DEST_PATH_IMAGE034
代表生料仓仓重变化量达到稳定值的0.632倍，即0.632
Figure 592152DEST_PATH_IMAGE031
所对应的时间，式中的
Figure 33629DEST_PATH_IMAGE035
为闭环时间常数，
Figure 709199DEST_PATH_IMAGE036
；
第二控制器是模糊控制器（C2），是经分析判断已满足表1中的条件Rule 12、Rule 13和Rule 14时，由切换选择器所切换选择的主控制器S2， 条件Rule 12、Rule 13和Rule 14中，输入变量为仓重偏差值
Figure 945139DEST_PATH_IMAGE037
和偏差值的变化率
Figure 394575DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 141207DEST_PATH_IMAGE039
 ，
Figure 907169DEST_PATH_IMAGE040
，其中
Figure 78125DEST_PATH_IMAGE041
为时刻生料仓重的偏差值, 
Figure 38615DEST_PATH_IMAGE043
为采样周期，本模糊控制器的输出量为出料旋转器的变频器频率调控量；
参照图4来确定设定的模糊论域与基本论域的量化对应关系，其中设定的仓重偏差
Figure 266520DEST_PATH_IMAGE037
、仓重偏差变化率
Figure 238018DEST_PATH_IMAGE038
、输出增量
Figure 11939DEST_PATH_IMAGE044
的模糊子集论域分别是：
仓重偏差的模糊论域为：
Figure 268182DEST_PATH_IMAGE045
，
仓重偏差变化率
Figure 163194DEST_PATH_IMAGE038
的模糊论域为：
Figure 288276DEST_PATH_IMAGE046
，
输出增量的模糊论域为：，其中的n 、m和l是根据经验总结设定的常数；
其中的仓重偏差
Figure 280131DEST_PATH_IMAGE037
、仓重偏差变化率
Figure 208904DEST_PATH_IMAGE038
、输出增量
Figure 111001DEST_PATH_IMAGE044
的基本论域分别是：
Figure 968492DEST_PATH_IMAGE048
,
Figure 136299DEST_PATH_IMAGE049
和，仓重偏差值
Figure 874634DEST_PATH_IMAGE037
、偏差变化率
Figure 914745DEST_PATH_IMAGE038
以及频率调控量
Figure 22378DEST_PATH_IMAGE044
根据生料仓重模糊控制器隶属函数中的选择三角形划分为7个语言变量： 
偏差
Figure 292954DEST_PATH_IMAGE037
的语言变量为{ NB, NM,NS, ZE,PS, PM, PB }；
偏差变化率
Figure 215648DEST_PATH_IMAGE038
的语言变量为{ NB, NM,NS, ZE,PS, PM, PB }；
输出量
Figure 116739DEST_PATH_IMAGE044
的语言变量为{NB, NM,NS, ZE,PS, PM, PB}；
其中的NB=负大，NM=负中，NS=负小，ZE=零，PS=正小，PM=正中，PB=正大；
模糊控制器按表2所示的对应关系确定模糊规则及模糊规则数量：
表2
Figure 760603DEST_PATH_IMAGE051
模糊推理的模糊控制输出采用的模糊控制输出量
Figure 834870DEST_PATH_IMAGE052
：
Figure 300486DEST_PATH_IMAGE053
其中
Figure 933331DEST_PATH_IMAGE054
为当前激活的规则数量，
Figure 563026DEST_PATH_IMAGE055
为其中第
Figure 614552DEST_PATH_IMAGE056
条模糊规则结论的隶属函数的中心，表示隶属函数
Figure 505465DEST_PATH_IMAGE058
下的面积；
第三控制器为前馈控制器
Figure 855413DEST_PATH_IMAGE059
，它以生料流量采集处理值
Figure 209165DEST_PATH_IMAGE006
与生料流量基准值
Figure 229467DEST_PATH_IMAGE005
的偏差值 
Figure 439999DEST_PATH_IMAGE007
为分析基础，输出的控制信号馈入被切换选择的PI控制器或模糊控制器输出频率调控量中，该前馈控制器输出的控制信号依据的数学控制模型是：
Figure 231238DEST_PATH_IMAGE060
 
其中
Figure 497003DEST_PATH_IMAGE061
，
Figure 360093DEST_PATH_IMAGE062
为阙值，
Figure 928477DEST_PATH_IMAGE063
为前馈控制器
Figure 20061DEST_PATH_IMAGE059
的比例系数，比例系数根据表3确定：
表3
上表中的
Figure 761380DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 74681DEST_PATH_IMAGE066
分别为设定的正常生产供料状态下的生料流量变化的最小值和最大值；
Figure 869200DEST_PATH_IMAGE067
代表变频器频率的增量。
本发明申请还提供有实现上述生料供料过程仓重智能切换控制方法的智能切换控制系统。该生料供料过程仓重智能切换控制系统包括有输出频率调控信号的三大控制器，其中，第一控制器为PI控制器，是生料仓仓重偏差值处于工艺规定范围之内的PI控制器，第二控制器为模糊控制器，是当料仓仓重偏差值超出工艺规定范围的模糊控制器，第三控制器为PI控制器或模糊控制器的前馈控制器，是以生料仓出料流量的偏差值来获得频率调整值并馈入PI控制器或模糊控制器的输出调控信号的前馈控制器，控制系统中还包括有依据切换规则在运行PI控制模式的PI控制器和运行模糊控制模式的模糊控制器之间切换选择的切换选择器，还包括用于在均化库各出料口旋转供料器之间选一执行切换的选择器。
本发明专利申请公开的生料供料过程仓重智能切换控制方法及其智能切换控制系统，真正实现了对现有的复杂生料供料线全供料自动化工业过程控制，其中利用了PI控制器和模糊控制器自身控制模型以及在两者之间切换选择的切换规则，构成了包括工艺规定范围内和工艺规定范围外两区域衔接全覆盖自动化智能控制，并且由前馈控制器实时采样生料仓流量值，经数据处理后馈入控制信号中，从而及时、准确对生料仓仓重供料过程实施有效控制，消除生料仓仓重偏差大、控制延迟滞后的技术问题，完全改变了现有常规技术控制自动化程度低，只适应小工艺规定区域内控制且存在严重控制延迟，而且还更多的依赖操作工经验和责任心的技术现状。本控制方法完全适应复杂的工况变化，将部分经验总结值以预先设定的方式存贮、固化，供系统随时选择、调取，向执行设备——旋转供料器变频器输出频率调控量
Figure 404086DEST_PATH_IMAGE068
，自动化程度高。本技术方案最终保证了生料供料过程始终处于正常、顺畅的工作运行状态，大大减轻了操作工的工作强度，对人为因素的依赖性大大降低。
附图说明
图1是生料供料线的工艺流程结构图。
图2是本生料供料过程仓重智能切换控制系统的原理构造图。
图3是PI控制器作为被选择控制器时，其过程增益
Figure 127323DEST_PATH_IMAGE069
、时间常数和过程滞后时间
Figure 466742DEST_PATH_IMAGE071
的确定对照图。
图4是模糊控制器为被选择控制器时，基本论域
Figure 167719DEST_PATH_IMAGE048
的精确量
Figure 327436DEST_PATH_IMAGE037
转换为模糊论域区间的离散量的转换图。
图5至图7分别是、
Figure 941530DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure 998479DEST_PATH_IMAGE044
于隶属函数中的选择三角形划分7个语言变量的座标参照图。
具体实施方式
本发明专利申请提供的生料供料过程仓重智能切换控制方法，是基于以下的生料供料过程仓重智能切换控制系统，本控制系统中包括有实时输出频率调控值用于对均化库的各供料口旋转供料器M予以调控的三大控制器，其中的第一控制器为PI控制器C1，它是当生料仓仓重偏差值处于工艺规定范围之内的PI控制器，第二控制器为模糊控制器C2，它是当生料仓仓重偏差值超出工艺规定范围的模糊控制器，第三控制器为前馈控制器C3，本前馈控制器是以生料仓出料流量的偏差值来获得频率调整值并馈入已切换选择的PI控制器C1或模糊控制器C2的输出调控信号的前馈控制器，控制系统中还包括有根据切换规则在运行PI控制模式的PI控制器C1和运行模糊控制模式的模糊控制器C2之间切换选择的切换选择器，还包括用于在均化库各出料口旋转供料器之间选一切换执行的1/n选择器，1/n选择器的输入端设有Z-1变换器。
本生料供料过程仓重智能切换控制系统既可以是分布式计算机控制系统DCS，或是PLC可编程序逻辑控制系统，还可以是依赖于通讯系统的计算机，它实时采集获得过程数据，根据所获得的数据进行智能切换转换控制，从而获得旋转供料器频率的控制调整量。生料供料线依赖于上述生料供料过程仓重智能切换控制系统及其控制方法实现生料顺畅、稳定供料的智能控制运行的。
本实施例是以干法水泥熟料生产供料线为例详细说明本发明技术内容。
所述的生料供料线的结构图如图1所示，其中8号均化库是7号均化库的备用装备，与7号均化库配套的是设置在四出料口之下的1号空气斜槽，四出料口均设置有一旋转供料器M，同样，与8号均化库配套的是四出料口之下的2号空气斜槽，四出料口也均设置有一旋转供料器M，生料集中至3号空气斜槽，再进入提升机，由提升机提升至4号空气斜槽，送入生料仓，完成均化生料供料。上述的智能切换控制系统向各旋转供料器变频器输出频率调控信号，从而保证生料供料顺畅、稳定的运行。在该生料供料线上还装配有以下数据采集设备：生料仓仓重变送器，在线测量采集生料仓重
Figure 765316DEST_PATH_IMAGE010
，生料仓供料流量变送器，用于在线测量采集生料流量
Figure 540505DEST_PATH_IMAGE006
，八台旋转供料器变频器M为控制执行设备，在线测量采集频率值
Figure 307665DEST_PATH_IMAGE068
，执行智能切换控制系统输出的调控频率值。
　　本发明方法的具体实现过程如下：
实时采集过程数据，包括生料流量
Figure 219121DEST_PATH_IMAGE006
、生料仓重
Figure 907591DEST_PATH_IMAGE010
、八旋转供料器变频器频率值
Figure 668611DEST_PATH_IMAGE072
、
Figure 648200DEST_PATH_IMAGE073
、
Figure 118889DEST_PATH_IMAGE074
、
Figure 791310DEST_PATH_IMAGE075
、
Figure 774047DEST_PATH_IMAGE076
 、
Figure 9856DEST_PATH_IMAGE077
、
Figure 895904DEST_PATH_IMAGE078
和 
Figure 240691DEST_PATH_IMAGE079
，然后对采集到的生料仓重和生料流量数据进行滤波处理，其处理方法是：
在设定的采集周期内对生料仓仓重n次采集采样，n个采样值排序后选取中间值，作为本轮次采样处理值，记为
Figure 149872DEST_PATH_IMAGE080
，以下所用的生料仓仓重
Figure 969798DEST_PATH_IMAGE010
最好采用
Figure 975932DEST_PATH_IMAGE080
；
用滤波数据法处理生料流量，记为
Figure 491620DEST_PATH_IMAGE081
，以下所用的生料流量
Figure 137365DEST_PATH_IMAGE006
最好采用，其处理步骤如下：
第1步：建立移动数据窗口，宽度为
Figure 621622DEST_PATH_IMAGE082
:
，其中，x(t)是t时刻的测量值；
第2步：用升序排序法计算出窗口序列的中位数Z(t)：
升序排序后的数据序列为：
Figure 180266DEST_PATH_IMAGE084
，那么，原来数据序列的中位数Z(t)为：
Figure 109039DEST_PATH_IMAGE085
第3步：用中值Z构造一个尺度序列即中值数绝对偏差序列D(t)：
第4步：用升序排序法按照第2步计算出第3步尺度序列的中值D(t)；
第5步：按下式计算当前测量值x(t)的滤波值y(t)：
Figure 678747DEST_PATH_IMAGE087
上式中的L为门限参数，MAD为中值数绝对偏差，
Figure 33505DEST_PATH_IMAGE088
。本非线性滤波器具有因果性、算法快捷等特点，能实时地完成去除离群点的数据净化； 
第6步：将第5步的滤波值序列
Figure 267433DEST_PATH_IMAGE089
使用Butterworth滤波器滤波后作为最终滤波值
Figure 837086DEST_PATH_IMAGE081
。
实施生料供料过程的控制：
实际上，生料供料的过程中，由于生料流量值不能及时跟踪生料流量工艺设定值，且偏差较大，采用现有PID控制方法来调控旋转供料器变频器的频率，就很难将生料仓仓重控制在工艺设定值附近，特别是生料供料过程中，因生料粒度和生料中含有特殊成份等原因，会造成生料仓生料流量变化较大，若仅以生料仓仓重设定值
Figure 720914DEST_PATH_IMAGE009
与仓重反馈值
Figure 492954DEST_PATH_IMAGE010
之间的偏差值
Figure 917114DEST_PATH_IMAGE008
作为切换基础，则无法达到理想的过程控制目的。
本技术方案则基于PI仓重控制法，增设了当生料仓仓重超出工艺规定范围外的模糊控制法，通过切换机制和前馈补偿，构成了实施全区域衔接覆盖的生料供料过程仓重智能切换控制方法。本控制方法以生料仓仓重设定值与生料仓仓重采集处理值
Figure 708407DEST_PATH_IMAGE010
的仓重偏差值
Figure 517094DEST_PATH_IMAGE008
、设定的偏差变化最小值
Figure 500487DEST_PATH_IMAGE011
、生料流量采集处理值
Figure 634796DEST_PATH_IMAGE006
与设定的生料流量基准值
Figure 497448DEST_PATH_IMAGE005
的偏差值
Figure 562356DEST_PATH_IMAGE007
和设定的生料流量偏差变化的最小值作为切换机制的参考基础，针对生料供料工艺过程对生料仓仓重的控制要求，综合实际生产过程，引入了模糊控制模式，充分发挥模糊控制模式和PI控制模式及相互弥补的优势，当生料仓仓重偏差值处于工艺规定范围之内，根据所确定的切换规则，选择切换为PI控制器C1来实现生料仓重的精确控制，当生料仓仓重偏差值超出工艺规定范围时，选择切换模糊控制器C2，充分发挥模糊控制器快速性的优势。
PI控制模式和模糊控制模式的选择运行有赖于切换规则，所述的切换规则如下：
本切换规则采用原型分析法，将生料仓仓重和生料流量的采集处理后的数据进行相应运算，找出不同的切换条件，将这些切换条件作为不同控制器的切换选择依据，由切换选择器实施切换控制。
我们首先定义有：
Figure 513922DEST_PATH_IMAGE004
，其中：
Figure 568597DEST_PATH_IMAGE005
为生料流量基准值，
Figure 483201DEST_PATH_IMAGE006
为生料流量采集处理值，
Figure 736459DEST_PATH_IMAGE007
为生料流量基准值与生料流量采集处理值
Figure 239695DEST_PATH_IMAGE006
的偏差值。
表1所示的是切换规则：
表1 
Figure 459455DEST_PATH_IMAGE090
其中：作为控制器选择标识，和
Figure 243499DEST_PATH_IMAGE015
分别代表选择运行的PI控制器C 1和选择运行的模糊控制器C 2，
Figure 1371DEST_PATH_IMAGE016
表示切换转换相应控制器、并由该控制器输出的频率调控量，
Figure 727756DEST_PATH_IMAGE017
和分别代表的是由PI控制器C 1输出的频率调控量和模糊控制器C 2的输出的频率调控量，
Figure 780343DEST_PATH_IMAGE019
和分别代表PI控制器C 1或模糊控制器C 2作为切换前工作的控制器于切换时间点t0的初始输出值。 
第一控制器——之PI控制器C1的控制模式：
本控制器为PI控制器C1，是经分析判断已满足表1的条件Rule 11：
Figure 843370DEST_PATH_IMAGE021
 且
Figure 863410DEST_PATH_IMAGE022
时，由切换选择器所选择确定的主控制器S1。本控制器C1频率输出调整量
Figure 413078DEST_PATH_IMAGE023
的数学控制模型为：
Figure 151358DEST_PATH_IMAGE024
本控制模型中的
Figure 740778DEST_PATH_IMAGE001
为
Figure 943220DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 601472DEST_PATH_IMAGE026
，式中的
Figure 810737DEST_PATH_IMAGE001
为比例增益，
Figure 714102DEST_PATH_IMAGE002
为积分时间，
Figure 272516DEST_PATH_IMAGE023
为PI控制器t时刻输出的频率调控量，
Figure 540817DEST_PATH_IMAGE008
表示生料仓仓重工艺设定值与生料仓仓重采集处理值
Figure 256018DEST_PATH_IMAGE010
的差值，又称偏差值，
Figure 354424DEST_PATH_IMAGE091
代表t-1时刻的偏差值。式中的各参数确定，参考图3所示，，
Figure 35701DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 67242DEST_PATH_IMAGE029
，其中的
Figure 241127DEST_PATH_IMAGE030
为变频器频率阶跃响应变化量，
Figure 725329DEST_PATH_IMAGE031
为随生料仓重输入的频率阶跃变化量
Figure 695560DEST_PATH_IMAGE030
而变化后达到稳定时的变化量，这时通常是围绕一固定值存在微小的波动状态，所述的微小波动状态为围绕
Figure 80142DEST_PATH_IMAGE031
在
Figure 861148DEST_PATH_IMAGE031
的2-5%小幅度波动状态，
Figure 345829DEST_PATH_IMAGE032
代表变频器频率开始变化的时间，
Figure 932800DEST_PATH_IMAGE033
代表生料仓重开始变化的时间，
Figure 437468DEST_PATH_IMAGE034
代表生料仓重变化量达到0.632
Figure 638642DEST_PATH_IMAGE031
所对应的时间，式中的
Figure 831857DEST_PATH_IMAGE035
为闭环时间常数，
Figure 723983DEST_PATH_IMAGE036
，其中
Figure 522306DEST_PATH_IMAGE092
为最大值运算符。
第二控制器——之模糊控制器C2的模糊过程控制模式： 
第二控制器是模糊控制器（c2），是经分析判断已满足表1中的条件Rule 12、Rule 13和Rule 14时，由切换选择器所切换选择的主控制器S2。条件Rule 12、Rule 13和Rule 14中，输入变量为仓重偏差
Figure 205966DEST_PATH_IMAGE037
和偏差的变化率
Figure 886477DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 316715DEST_PATH_IMAGE039
 ，
Figure 31861DEST_PATH_IMAGE040
 ，其中
Figure 574838DEST_PATH_IMAGE041
为
Figure 506760DEST_PATH_IMAGE042
时刻生料仓重的偏差值, 
Figure 973644DEST_PATH_IMAGE043
为采样周期，本模糊控制器的输出量
Figure 248024DEST_PATH_IMAGE044
为出料旋转器的变频器频率调控量；
首先是将输入变量以及输出变量转化为模糊语言描述的料旋转器的变频器频率的调控量；转化过程是：
参照图4确定设定的模糊论域与基本论域的对应关系。其中设定的仓重偏差
Figure 774952DEST_PATH_IMAGE037
、仓重偏差变化率
Figure 928590DEST_PATH_IMAGE038
、输出调控量
Figure 386116DEST_PATH_IMAGE044
的模糊论域分别是：
仓重偏差
Figure 75855DEST_PATH_IMAGE037
的模糊论域为：
Figure 263430DEST_PATH_IMAGE045
；
仓重偏差变化率
Figure 405829DEST_PATH_IMAGE038
的模糊论域为：
Figure 916314DEST_PATH_IMAGE046
；
输出增量的模糊的论域为：
Figure 830753DEST_PATH_IMAGE047
，其中的n 、m和l是根据经验设定的常数，在本水泥均化库实施应用中，n 、m和l分别按经验总结确定为
Figure 460449DEST_PATH_IMAGE093
，
Figure 525357DEST_PATH_IMAGE094
，
Figure 422644DEST_PATH_IMAGE095
。
实际中的仓重偏差、仓重偏差变化率
Figure 80731DEST_PATH_IMAGE038
、输出调控量
Figure 434484DEST_PATH_IMAGE044
的基本论域分别是：
Figure 186277DEST_PATH_IMAGE048
,
Figure 662388DEST_PATH_IMAGE049
和，
Figure 909272DEST_PATH_IMAGE096
、
Figure 17037DEST_PATH_IMAGE097
、
Figure 100268DEST_PATH_IMAGE098
分别按经验总结确定为取
Figure 926273DEST_PATH_IMAGE099
，
Figure 871095DEST_PATH_IMAGE100
，
Figure 612129DEST_PATH_IMAGE101
。
若当实际中
Figure 430043DEST_PATH_IMAGE096
不是论域
Figure 179562DEST_PATH_IMAGE102
中的元素时，需要通过量化因子对它们进行论域变换，使变换后的
Figure 741125DEST_PATH_IMAGE103
在论域
Figure 10432DEST_PATH_IMAGE102
中，对于
Figure 500713DEST_PATH_IMAGE097
和
Figure 238993DEST_PATH_IMAGE098
也同理进行论域变换。下面是以仓重偏差
Figure 837202DEST_PATH_IMAGE037
为例进行说明：
以图4所示的仓重偏差
Figure 226595DEST_PATH_IMAGE037
的转换，将基本论域
Figure 120733DEST_PATH_IMAGE048
的精确量
Figure 847774DEST_PATH_IMAGE037
转换为模糊论域区间的离散量：
将基本论域
Figure 751139DEST_PATH_IMAGE048
的精确量
Figure 995038DEST_PATH_IMAGE037
转换为模糊论域
Figure 824192DEST_PATH_IMAGE104
区间变量E，
Figure 333802DEST_PATH_IMAGE105
；同理，基本论域的精确量转换为模糊论域区间变量EC，；采取与确定和
Figure 279510DEST_PATH_IMAGE038
相反的过程，将模糊论域
Figure 951931DEST_PATH_IMAGE109
区间的变量U转换为基本论域
Figure 623084DEST_PATH_IMAGE050
区间实际输出
Figure 842582DEST_PATH_IMAGE110
，
Figure 728629DEST_PATH_IMAGE111
。由式
Figure 73416DEST_PATH_IMAGE105
 、
Figure 231865DEST_PATH_IMAGE108
 和
Figure 818835DEST_PATH_IMAGE111
 可以得到图4的偏差量化因子
Figure 995608DEST_PATH_IMAGE112
、偏差变化率量化因子
Figure 9831DEST_PATH_IMAGE113
及模糊控制输出比例量化因子，分别为
Figure 655576DEST_PATH_IMAGE114
、和
Figure 142763DEST_PATH_IMAGE116
。
仓重偏差、偏差变化率
Figure 710196DEST_PATH_IMAGE038
以及频率输出调控量
Figure 825920DEST_PATH_IMAGE044
再分别依据图5-图7所示的生料仓重模糊控制器隶属函数中的选择三角形划分为7个语言变量：
偏差
Figure 42531DEST_PATH_IMAGE037
的语言变量为{ NB, NM,NS, ZE,PS, PM, PB }；
偏差变化率
Figure 336240DEST_PATH_IMAGE038
的语言变量为{ NB, NM,NS, ZE,PS, PM, PB }；
输出调整量
Figure 268162DEST_PATH_IMAGE044
的语言变量为{NB, NM,NS, ZE,PS, PM, PB}；
其中的NB=负大，NM=负中，NS=负小，ZE=零，PS=正小，PM=正中，PB=正大。
模糊控制器按表2所示的对应关系确定模糊规则及模糊规则数量：
表2
 
Figure 921997DEST_PATH_IMAGE117
模糊推理的模糊控制输出采用的模糊控制输出量
Figure 491650DEST_PATH_IMAGE052
：
Figure 797340DEST_PATH_IMAGE053
其中
Figure 390127DEST_PATH_IMAGE054
为当前激活的规则数量，为第
Figure 35926DEST_PATH_IMAGE118
条模糊规则结论的隶属函数的中心，
Figure 733755DEST_PATH_IMAGE057
表示隶属函数
Figure 315302DEST_PATH_IMAGE058
下的面积。
第三控制器为前馈控制器
Figure 389569DEST_PATH_IMAGE059
，它以生料流量反馈值
Figure 120764DEST_PATH_IMAGE006
与生料流量基准值
Figure 488030DEST_PATH_IMAGE005
的偏差值 为分析参数，输出的控制信号馈入被切换选择的PI控制器或模糊控制器的频率调整量。
本前馈控制依据以下的数学控制模型：
Figure 169251DEST_PATH_IMAGE060
 ，其中代表本前馈控制器C3向第二控制器输出馈入的控制变频器频率的馈入调整量，，
Figure 613374DEST_PATH_IMAGE062
为阙值，
Figure 763864DEST_PATH_IMAGE063
为前馈控制器
Figure 784166DEST_PATH_IMAGE059
的比例系数，比例系数根据表3来确定：
表3
Figure 785937DEST_PATH_IMAGE065
上表中为设定的正常供料生产状态下生料流量变化最大值。

Claims (8)

1.一种生料供料过程仓重智能切换控制方法，其特征在于该控制方法基于以下的智能切换控制系统，本控制系统包括有输出频率调控信号的三大控制器，其中，第一控制器为PI控制器，是生料仓仓重偏差值处于工艺规定范围之内的PI控制器，第二控制器为模糊控制器，是当料仓仓重偏差值超出工艺规定范围的模糊控制器，第三控制器为PI控制器或模糊控制器的前馈控制器，是以生料仓出料流量的偏差值来获得频率调整值并馈入PI控制器或模糊控制器的输出调控信号的前馈控制器，控制系统中还包括有依据切换规则在运行PI控制模式的PI控制器和运行模糊控制模式的模糊控制器之间切换选择的切换选择器，还包括用于在均化库各出料口旋转供料器之间选一执行切换的选择器； 
所述切换规则如表1： 
表1 
Figure FDA00003010520500011
其中的 
Figure FDA00003010520500012
为生料流量工艺基准值，F(t)为生料流量采集处理值，ΔF(t)为生料流量工艺基准值 
Figure FDA00003010520500013
与生料流量采集处理值F(t)的流量偏差值，ec(t)表示生料仓仓重设定值Wsp与生料仓仓重采集处理值W(t)的仓重偏差值，emin为设定的正常供料生产状态下生料仓仓重偏差变化最小值，ΔFmin为设定的正常供料生产状态下生料流量变化的最小值，S作为控制器选择标识，S1和S2分别代表选择运行的PI控制器C1和选择运行的模糊控制器C2，Δufb表示切换转换为相应控制器、并由该控制器输出的频率调控量，Δuc1(t)和Δuc2(t)分别代表的是由PI控制器C1输出的频率调控量和模糊控制器C2的输出的频率调控量，Δuc1(t0)和Δuc2(t0)分别代表PI控制器C1或模糊控制器C2作为切换前工作的控制器于切换时间点t0的初始输出值； 
第一控制器的控制模式： 
本控制器为PI控制器C1，是经分析判断已满足表1的条件Rule 11：|ec(t)|≤emin且 
Figure FDA00003010520500021
n时，由切换选择器所选择确定的主控制器S1，本控制器C1输出的频率调控量Δuc1所依据的数学控制模型为： 
Figure FDA00003010520500022
本模型中的Kc为 
Figure FDA00003010520500023
Ti＝Tp，式中的 Tp＝t3-t2，θp＝t2-t1，Δu为变频器频率阶跃响应变化量，ΔW为生料仓重随输入的频率阶跃变化量Δu而产生变化并达到稳定时的变化量，t1代表变频器频率开始变化的时间，t2代表生料仓重开始变化的时间，t3代表生料仓仓重变化量达到稳定值的0.632倍，即0.632ΔW所对应的时间，式中的Tc为闭环时间常数，Tc＝max{0.1Tp，0.8θp}； 
第二控制器是模糊控制器(C2)，是经分析判断已满足表1中的条件Rule 12、Rule 13和Rule 14时，由切换选择器所切换选择的主控制器S2，条件Rule 12、Rule 13和Rule 14中，输入变量为仓重偏差值ec(t)和偏差值的变化率 
Figure FDA00003010520500025
ec(t)＝Ws(t)-W(t) 
Figure FDA00003010520500026
其中ec(t-1)为t-1时刻生料仓重的偏差值，T为采样周期，本模糊控制器的输出量Δuc2为出料旋转器的变频器频率调控量； 
参照图4来确定设定的模糊论域与基本论域的量化对应关系，其中设定的仓重偏差ec(t)、仓重偏差变化率 
Figure FDA00003010520500027
输出增量Δuc2的模糊子集论域分别是： 
仓重偏差ec(t)的模糊论域为：Xc＝{-n，-n+1，…，0，…，n-1，n}， 
仓重偏差变化率 
Figure FDA00003010520500028
的模糊论域为：Xc＝{-m，-m+1，…，0，…，m-1，m}， 
输出增量Δuc2的模糊论域为：Y＝{-l，-l+1，…，0，…，l-1，l}， 
其中的n、m和l是根据经验总结设定的常数； 
其中的仓重偏差ec(t)、仓重偏差变化率 输出增量Δuc2的基本论域分别是：[-xn，xn]，[-xt，xt]和[-ym，ym]，仓重偏差值ec(t)、偏差变化率 
Figure FDA000030105205000210
以及频率调控量Δuc2根据生料仓重模糊控制器隶属函数中的选择三角形划分为7个语言变量： 
偏差ec(t)的语言变量为{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}； 
偏差变化率 的语言变量为{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}； 
输出量Δuc2的语言变量为{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}； 
其中的NB＝负大，NM＝负中，NS＝负小，ZE＝零，PS＝正小，PM＝正中，PB＝正大； 
模糊控制器按表2所示的对应关系确定模糊规则及模糊规则数量： 
表2 
Figure FDA00003010520500032
模糊推理的模糊控制输出采用的模糊控制输出量Δuc2： 
Figure FDA00003010520500033
其中R为当前激活的规则数量，bi为其中第i条模糊规则结论的隶属函数的中心，∫μ(i)表示隶属函数μ(i)下的面积； 
第三控制器为前馈控制器C3，它以生料流量采集处理值F(t)与生料流量基准值 
Figure FDA00003010520500034
的偏差值ΔF(t)为分析基础，输出的控制信号馈入被切换选择的PI控制器或模糊控制器输出频率调控量中，该前馈控制器输出的控制信号依据的数学控制模型是： 
Δuff(t)＝Kd[ΔF(t)-ΔFd] 
其中 
Figure FDA00003010520500035
ΔFd＞0为阙值，Kd＞0为前馈控制器C3的比例系数，比例系数Kd
根据表3确定： 
表3 
Figure FDA00003010520500041
上表中的ΔFmin和ΔFmin分别为设定的正常生产供料状态下的生料流量变化的最小值和最大值；Δuff(t)代表变频器频率的增量。 
2.根据权利要求1所述生料供料过程仓重智能切换控制方法，其特征在于所述的生料流量采集处理值W(t)是在设定的采集周期内对生料仓仓重n次采集采样，n个采样值排序后选取中间值，作为本轮次采样处理值。 
3.根据权利要求1所述生料供料过程仓重智能切换控制方法，其特征在于所述的生料流量采集处理值F(t)的处理步骤如下： 
第1步：建立移动数据窗口，宽度为r： 
{w1，w2，…，wr-1，wr}＝{x1(t)，x2(t)…，xr-1(t)，xr(t)} 
其中，x(t)是t时刻的测量值； 
第2步：用升序排序法计算出窗口序列的中位数Z(t)； 
升序排序后的数据序列为：x(1)≤…≤x(r)，那么，原来数据序列的中位数Z(t)为： 
Figure FDA00003010520500042
第3步：用中值Z构造一个尺度序列即中值数绝对偏差序列D(t)： 
D(t)＝{d1，d2，…，dr}＝{|x1-Z|，|x2-Z|，…，|xr-Z|} 
第4步：用升序排序法按照第2步计算出第3步尺度序列的中值D(t)； 
第5步：按下式计算当前测量值x(t)的滤波值y(t)： 
Figure FDA00003010520500043
上式中的L为门限参数，MAD为中值数绝对偏差，MAD＝1.4826×D； 
第6步：将第5步的滤波值序列Y(t)＝{y1(t)，…，yr-1(t)，yr(t)}使用Butterworth滤波器滤波后作为最终滤波值 
4.实现权利要求1的生料供料过程仓重智能切换控制方法的智能切换控制系统，其特征在于该生料供料过程仓重智能切换控制系统包括有输出频率调控信号的三大控制器，其中，第一控制器为PI控制器，是生料仓仓重偏差值处于工艺规定范围之内的PI控制器，第二控制器为模糊控制器，是当料仓仓重偏差值超出工艺规定范围的模糊控制器，第三控制器为PI控制器或模糊控制器的前馈控制器，是以生料仓出料流量的偏差值来获得频率调整值并馈入PI控制器或模糊控制器的输出调控信号的前馈控制器，控制系统中还包括有依据切换规则在运行PI控制模式的PI控制器和运行模糊控制模式的模糊控制器之间切换选择的切换选择器，还包括用于在均化库各出料口旋转供料器之间选一执行切换的选择器。 
5.根据权利要求4所述的生料供料过程仓重智能切换控制系统，其特征在于该智能切换控制系统是分布式计算机控制系统(DCS)。 
6.根据权利要求4所述的生料供料过程仓重智能切换控制系统，其特征在于该智能切换控制系统是可编程序逻辑控制系统（PLC）。
7.根据权利要求4所述的生料供料过程仓重智能切换控制系统，其特征在于该智能切换控制系统是依赖于通讯系统的计算机。
8.根据权利要求4所述的生料供料过程仓重智能切换控制系统，其特征在于该智能切换控制系统中，于频率调控输出端与l/n选择器的输入端之间设有Z-1变换器。 
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