卷绕机构薄膜张力的模糊控制研究上玻璃窗白城玻璃清洁驱动轮柴油机OrE

卷绕机构薄膜张力的模糊控制研究(上)

摘 要：介绍一种新的薄膜张力控制方法——模糊-线性复合控制。参考电容器卷绕装置制作了由单片机控制的张力控制系统，并设计割炬了模糊控制器。实验证明控制效果良好，具有响应速度快、超调量小、控制精度高的特性，对数学模型难以建立、时变、非线性系统尤为合适。

关键词：张力；模糊控制；卷绕机构 

张力控制机构广泛应用于纺织、造纸、印刷、电子等行业中，其控制方法有纯机械式、机电混合式和电气控制式。我们结合目前电子行业有机薄膜电容器卷绕机构的张力控制进行了研究，在这些设备中，常见的张力控制机构，其张力设定、检测和控制均采用机械方式实现，虽结构简单，操作方便，但其动态性能较差，控制精度较低，近几年积极发展电气控制和微电脑控制。由于卷绕过程中除收、放卷料盘直径不断变化，还频繁改变卷绕速度，故控制张力的稳定直接影响产品的质量和生产效率。这里的张力控制系统是一个时变、非线性系统，其数学模型也难以建立，用通常的定常、线性控制不能得到满意的效果，须设计一种新的控制器，能跟踪被控对象的动态特性，”及时修正控制参数，实现人工智能控制。文章尝试了一种模糊控制器的设计，以提高控制卷绕机构薄膜张力的精确钢格板度和稳定性，它的设计是依据模糊控制理论，并通过计算机来实现。

1 张力控制系统

张力控制主要包括张力设定、张力检测、张力控制三部分，该张力控制系统结构如图1所示。

张力检测由无接触式光电电位器完成，由于张力的变化，引起摆杆的摆动而产生角位移，检测传感器8为角位移式电位器，能及时灵敏地反应张力变化。为便于放卷张力控制和收卷速度控制，我们选用参数不一的直流力矩电机，直接调节电枢电压，并采用数字式张力设定法。

为实现计算机对张力的模糊控制，我们设计了MCS-51单片机控制系统，其硬件框图见图2。

2 模糊控制器的设计

模糊控制的理论依据是模糊数学，它的实现是通过计算机来完成，它仿照人脑的模糊推理过程，确定推理规则，并做出模糊决策。模糊控制器采用二维结构，双输入单输出。微机采样的张力信号与给定值比较得误差e和误差的变化ec(de/dt)，作为二维模糊控制器的两个输入变量，它的输出变量d去控制放卷电机。

模糊控制器的设计步骤如下：

(1)误差e和误差变化ec的精确量为x，其变化范围为〔α，β〕，转化为〔－6，+6〕区间变化的变量y，取其接近的整数为模糊量，此过程叫模糊量化。变换公式为：

这里，模糊也源于我们制定好的正确发展方向变量E论域取{－6，－5，…，－0，+0，…，+6}；模糊变量EC论域取{－6，－5，…，0，…，+6}；控制模糊量D的论域取{－7，－6，…，0，…，+7}。

(2)模糊变量在相应的论域中用模糊语言表示。这里，E取八个语言值：正大，正中，正小，正零，负零，负小，负中，负大。记作：PB，PM，PS，餐具套PO，NO，NS，NM，NB。

出现“正零”、“负零”是为了体现误差变化的方向。

EC和D均取七个语言值：正大、正中、正小、零、负小、负中、负大。

这里，待绵白糖零件表面干燥以后模糊变量用模糊子集描述，选择的隶属函数基本采用正态分布如公式(2)。

对某一离散点，由经验确定选用高或低分辨率分布，即改变a、b值。例如我们对论域E选用平顶截断式正态分布。

由此推出模糊变量E的赋值μ，见表1。

同样可推出模糊变量EC和模糊控制量D的赋值表（略）。

(3)确定模糊控制规则，决策模糊控制量D，模糊控制器的控制规则是根据手动控制策略制定，它有赖于我们的实践经验和技术知识。我们常用模糊条件语句归纳手动控制的过程。例如：

用一系列条件语句，综合各种控制规则，制定这些规则的原则是，当误差大或较大时，选择控制量以尽快消除误差，而当误差较小时，选择控制量要防止超调，以系统的稳定为主。

输出控制量由输入变量与模糊关系矩阵R合成得到，即：

D1=（E1×EC1）·R

再按隶属函数取最大原则，得相应的控制量d，如此计算得控制表2。

(4)将模糊控制量D乘比例因子，转化到被控对象能接受的论域范围，经此非模糊化处理后的精确量输出去控制放卷电机。