專利名稱：：帶材對中系統(tǒng)自適應(yīng)模糊控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及過程控制系統(tǒng)的控制方法，具體涉及帶材對中控制系統(tǒng)的模糊控制方法，屬于有色金屬加工
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：軋制過程中帶材的對中與否影響帶材軋制過程穩(wěn)定，還影響帶材的成材率，因此各大生產(chǎn)商在軋機(jī)上均裝有對中控制系統(tǒng)。帶材對中系統(tǒng)大多由檢測系統(tǒng)、微處理器控制系統(tǒng)、驅(qū)動器和液壓控制(或機(jī)械傳動)系統(tǒng)四部分組成。傳統(tǒng)的對中控制方法基本都是采用PID方式，如在PLC內(nèi)部對偏差信號做PID運算，利用PID調(diào)節(jié)模塊調(diào)節(jié)液壓驅(qū)動裝置給定。因為對中控制過程具有較強(qiáng)的非線性和不確定因素，常規(guī)PID控制系統(tǒng)存在參數(shù)整定困難、控制品質(zhì)欠佳等缺點。對中系統(tǒng)充滿了不確定性，幾乎沒有精確的系統(tǒng)模型可言。如果應(yīng)用模糊控制方法，其優(yōu)點將會突出，模糊控制不依賴于被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，特別適用于強(qiáng)耦合性和參數(shù)時變性、以及嚴(yán)重的非線性與不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)或過程進(jìn)行控制。這種控制方法比較簡單，應(yīng)用效果好，因此近年來模糊控制方法得到了飛速發(fā)展，應(yīng)用于非線性、時變的復(fù)雜系統(tǒng)以及那些無法獲得精確數(shù)字模型的系統(tǒng)，如高爐冶煉、宇航系統(tǒng)、機(jī)器人技術(shù)等。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種帶材對中控制系統(tǒng)的模糊控制方法。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)帶材對中系統(tǒng)自適應(yīng)模糊控制方法，特點是帶材對中系統(tǒng)自適應(yīng)模糊控制裝置包括第一帶材檢測傳感器、第二帶材檢測傳感器、圖像采集模塊、圖像處理模塊、模糊控制器、液壓伺服系統(tǒng)及液壓泵站，所述第一帶材檢測傳感器和第二帶材檢測傳感器分布在帶材上方的兩側(cè)，第一帶材檢測傳感器和第二帶材檢測傳感器接入圖像采集模塊，所述圖像采集模塊連接圖像處理模塊，所述圖像處理模塊與模糊控制器連接，所述模糊控制器為一臺裝有模糊控制軟件的工控機(jī)，其軟件平臺為Labview，所述模糊控制器與液壓伺服系統(tǒng)通信連接，液壓泵站與液壓伺服系統(tǒng)油路連接；所述第一帶材檢測傳感器和第二帶材檢測傳感器感應(yīng)帶材的圖像，所述圖像采集模塊對第一帶材檢測傳感器和第二帶材檢測傳感器感應(yīng)到的信號進(jìn)行底層處理和轉(zhuǎn)換，并將處理結(jié)果傳送給圖像處理模塊，所述圖像處理模塊對兩路信號進(jìn)行信號處理，得出帶材偏離中心線位置的距離偏差e和偏差變化率Ae;距離偏差e和偏差變化率Ae輸入到模糊控制器中進(jìn)行模糊控制，即根據(jù)模糊控制規(guī)則表和輸入變量得出模糊控制量，再將模糊控制量轉(zhuǎn)換為實際的控制信號輸出；模糊控制器輸出的控制信號使液壓伺服系統(tǒng)調(diào)整位置，從而調(diào)節(jié)負(fù)載運動速度的大小和方向，使帶材始終位于軋制中心線上。進(jìn)一步地，上述的帶材對中系統(tǒng)自適應(yīng)模糊控制方法，其中，所述模糊控制器(5)進(jìn)行模糊控制的具體步驟為1)輸入模糊化將距離偏差e和偏差變化率Ae變換成相應(yīng)的基本論域，距離偏差e和偏差變化率Ae轉(zhuǎn)化成合適的語言值；距離偏差e和偏差變化率Ae經(jīng)過量化以后，確定隸屬函數(shù)波形圖為三角函數(shù)波形，再根據(jù)各模糊子集確定量化論域中各元素的曲線，經(jīng)比較以后得出模糊量；2)模糊化決策用IF、THEN結(jié)構(gòu)總結(jié)出模糊語言控制規(guī)則，形成模糊狀態(tài)控制表，模糊量經(jīng)控制規(guī)則得到模糊控制量；3)輸出反模糊化即去模糊化、模糊判決，將模糊控制量轉(zhuǎn)換到實際論域中，得到準(zhǔn)確的控制信號。更進(jìn)一步地，上述的帶材對中系統(tǒng)自適應(yīng)模糊控制方法，其中，距離偏差e和偏差變化率Ae輸入模糊控制器的模糊控制軟件中，在Labview軟件平臺下將模糊控制規(guī)則表編輯為.fc文件，由模糊控制軟件得出相應(yīng)的模糊輸出，在模糊控制軟件中將模糊控制去模糊化，得到準(zhǔn)確的控制信號。再進(jìn)一步地，上述的帶材對中系統(tǒng)自適應(yīng)模糊控制方法，其中，所述圖像處理模塊通過虛擬儀器軟件平臺Labview實現(xiàn)，由Labview編寫圖像處理的算法，將編寫的軟件生成exe文件，exe文件安裝在工控機(jī)上，構(gòu)成圖像處理模塊。本發(fā)明技術(shù)方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在采用自適應(yīng)模糊控制方法對帶材偏差進(jìn)行控制，區(qū)別于傳統(tǒng)的PID控制方法，通過建立偏差、偏差變化率和控制器輸出的模糊關(guān)系，經(jīng)過模糊運算得到模糊控制規(guī)則表，將檢測到的偏差和偏差變化率進(jìn)行模糊化、通過控制規(guī)則表得出輸出進(jìn)行反模糊化，送給比例閥或者伺服閥發(fā)出指令，使液壓缸帶動開巻機(jī)按指令動作，將帶材拉回到預(yù)先設(shè)定的位置上，從而實現(xiàn)對中的目的。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明圖1:對中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2:模糊控制原理圖3:隸屬度函數(shù)曲線；圖4:軟件中模糊控制器設(shè)計環(huán)境。圖中各附圖標(biāo)記的含義見下表6<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>具體實施例方式模糊控制技術(shù)(flizzycontroltechnology)是一種由模糊數(shù)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、人工智能、知識工程等多門學(xué)科領(lǐng)域相互滲透、理論性很強(qiáng)的科學(xué)技術(shù)。利用該算法實現(xiàn)帶材加工生產(chǎn)過程中自動對中控制，糾正因生產(chǎn)線影響(如支撐輥、擠干輥偏移，或一側(cè)受熱一側(cè)受冷等)造成的帶材偏離生產(chǎn)線，通過提高系統(tǒng)控制精度來提高系統(tǒng)的對中精度。如圖1所示，帶材對中系統(tǒng)自適應(yīng)模糊控制裝置，包括第一帶材檢測傳感器l、第二帶材檢測傳感器2、圖像采集模塊3、圖像處理模塊4、模糊控制器5、液壓伺服系統(tǒng)6及液壓泵站7，第一帶材檢測傳感器1和第二帶材檢測傳感器2分布在帶材上方的兩側(cè)，第一帶材檢測傳感器1和第二帶材檢測傳感器2接入圖像采集模塊3，圖像采集模塊3連接圖像處理模塊4，圖像處理模塊4通過虛擬儀器軟件平臺Labview實現(xiàn)，運用Labview編寫圖像處理的算法，然后將編寫的軟件生成exe文件，安裝到一臺工控機(jī)上，這個裝有exe文件的工控機(jī)就是圖像處理模塊4;圖像處理模塊4與模糊控制器5連接，模糊控制器5為一臺裝有模糊控制軟件的工控機(jī)，其軟件平臺為Labview，模糊控制器5與液壓伺服系統(tǒng)6通信連接，液壓泵站7與液壓伺服系統(tǒng)6油路連接。第一帶材檢測傳感器1和第二帶材檢測傳感器2感應(yīng)帶材的圖像，圖像采集模塊3對第一帶材檢測傳感器1和第二帶材檢測傳感器2感應(yīng)到的信號進(jìn)行底層處理和轉(zhuǎn)換，并將處理結(jié)果傳送給圖像處理模塊4，圖像處理模塊4對兩路信號進(jìn)行信號處理，得出帶材偏離中心線位置的距離偏差e和偏差變化率Ae;距離偏差e和偏差變化率Ae輸入到模糊控制器5中進(jìn)行模糊控制，即根據(jù)模糊控制規(guī)則表和輸入變量得出模糊控制量，再將模糊控制量轉(zhuǎn)換為實際的控制信號輸出；模糊控制器5輸出的控制信號使液壓伺服系統(tǒng)6調(diào)整位置，從而調(diào)節(jié)負(fù)載運動速度的大小和方向，使帶材始終位于軋制中心線上。模糊控制器的設(shè)計和實現(xiàn)通過Labview軟件平臺實現(xiàn)，取偏差e和偏差變化率Ae作為模塊化的輸入變量，經(jīng)過Labview的FuzzyController.vi計算后得出控制器輸出的電壓信號用于控制比例閥或者伺服閥，使液壓缸帶動開巻機(jī)按指令動作。模糊控制器具備下列三個功能①將系統(tǒng)的偏差從數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模糊量；②對模糊量由給定的規(guī)則進(jìn)行模糊推理(規(guī)則庫完成)；③把推理結(jié)果的模糊輸出量進(jìn)行反模糊化。在本模糊控制方案中具體操作步驟為接收來自檢測傳感器和圖像處理軟件得到的偏差信號，經(jīng)過計算得到偏差變化率，建立偏差和偏差變化率與輸出之間的模糊關(guān)系，然后通過模糊運算得到控制表。將檢測到的偏差和偏差變化率進(jìn)行模糊化，通過論域比較，取控制表中相應(yīng)的輸出，進(jìn)行反模糊化得到模擬輸出，實現(xiàn)最終偏差為0的目的。在Labview中實現(xiàn)模糊控制的核心是建立好模糊控制表后，生成.fc后綴的文件，把這個路徑提供給LoadFuzzyController這個vi。規(guī)則庫和變量范圍設(shè)置都在這個.fc文件中。模糊控制器是模糊控制的核心部分，圖1示意了整個對中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖像處理模塊4檢測出帶材的邊緣位置進(jìn)而計算出偏差送給模糊控制器，軋制過程中料寬、巻徑、速度和張力這些參數(shù)的影響都體現(xiàn)在偏差變化率上，因此選定帶材偏離中心線的距離，即偏差和帶材偏離中心線的速率為模糊控制器的輸出。模糊控制原理如圖2所示，兩個輸入變量(帶材偏離中心線位置的距離偏差e和偏差變化率Ae)輸入模糊控制器5，得到一個模擬信號輸出。8下面按照對控制規(guī)則表的建立進(jìn)行描述1)輸入模糊化將輸入變量(帶材偏離中心線位置的距離偏差e和偏差變化率Ae)變換成相應(yīng)的基本論域，將輸入變量轉(zhuǎn)化成合適的語言值。輸入的基本論域一般根據(jù)實際情況估定。假設(shè)模糊輸入的論域為[-6，6]，假定輸入值變化落在這個范圍內(nèi)，實際上要經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能使輸入落在這個范圍中。把模糊集論域量化為7級(-6,-4,-2,0,2,4,6)，偏差e和偏差變化率Ae語言變量均取7個，表示為{仰=負(fù)大，畫=負(fù)中，NS二負(fù)小，乙=零，PS=正小，P1VN正中，PB-正大}，輸入變量經(jīng)過量化以后，確定隸屬函數(shù)波形圖為三角函數(shù)波形，再根據(jù)各模糊子集確定量化論域中各元素的曲線(如圖3所示)，經(jīng)比較以后得出模糊量。2)模糊化決策用IF、THEN結(jié)構(gòu)，結(jié)合實際經(jīng)驗總結(jié)出模糊語言控制規(guī)則，形成模糊狀態(tài)控制表，如表1所示。模糊量經(jīng)控制規(guī)則得到模糊控制量。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>3)輸出反模糊化即去模糊化、模糊判決。上面描述的模糊控制量是反應(yīng)控制語言的不同取值的一種組合，實際輸出必須是一個電壓信號，范圍為ilOV，用來控制伺服閥或者比例閥；因此將模糊控制量轉(zhuǎn)換到實際論域中。在軟件平臺中的操作步驟是首先是建立好模糊控制器，在程序中模糊控制器的設(shè)計環(huán)境是如圖4所示的一個.fb文件，在這個.fc文件中進(jìn)行控制規(guī)則表的設(shè)置。設(shè)置完控制規(guī)則表以后，將輸入變量偏差e和偏差變化率Ae給Fuzzycontroller.vi，這個vi將這兩個輸入變量模糊化，并調(diào)用LoadFuzzyController輸出的控制數(shù)據(jù)，進(jìn)行決策判定，然后得到模擬信號輸出。綜上所述，本發(fā)明采用模糊控制的方法，對帶材對中控制系統(tǒng)中檢測到的偏差進(jìn)行控制，對中控制系統(tǒng)接受來自傳感器得出的帶材偏差信號、根據(jù)以往的操作經(jīng)驗，建立輸入誤差和誤差變化率與模糊控制器輸出之間的模糊關(guān)系，通過模糊運算得到控制表，將測量得到的偏差以及偏差變化率進(jìn)行模糊化，通過論域比較，得出控制器的輸出給比例閥或者伺服閥發(fā)出指令，使液壓缸帶動開巻機(jī)按指令動作，將帶材拉回到預(yù)先設(shè)定的位置上。采用自適應(yīng)模糊控制方法對帶材偏差進(jìn)行控制，區(qū)別于傳統(tǒng)的PID控制方法，模糊控制過程采用雙輸入、單輸出的模糊控制系統(tǒng)，兩個輸入變量為偏差位置、偏差變化率，輸出電壓信號作為比例閥或者伺服閥的輸入，從而實現(xiàn)對中的目的。需要理解到的是上述說明并非是對本發(fā)明的限制，在本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)，所進(jìn)行的添加、變換、替換等，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1.帶材對中系統(tǒng)自適應(yīng)模糊控制方法，其特征在于帶材對中系統(tǒng)自適應(yīng)模糊控制裝置包括第一帶材檢測傳感器(1)、第二帶材檢測傳感器(2)、圖像采集模塊(3)、圖像處理模塊(4)、模糊控制器(5)、液壓伺服系統(tǒng)(6)及液壓泵站(7)，所述第一帶材檢測傳感器(1)和第二帶材檢測傳感器(2)分布在帶材上方的兩側(cè)，第一帶材檢測傳感器(1)和第二帶材檢測傳感器(2)接入圖像采集模塊(3)，所述圖像采集模塊(3)連接圖像處理模塊(4)，所述圖像處理模塊(4)與模糊控制器(5)連接，所述模糊控制器(5)為一臺裝有模糊控制軟件的工控機(jī)，其軟件平臺為Labview，所述模糊控制器(5)與液壓伺服系統(tǒng)(6)通信連接，液壓泵站(7)與液壓伺服系統(tǒng)(6)油路連接；所述第一帶材檢測傳感器(1)和第二帶材檢測傳感器(2)感應(yīng)帶材的圖像，所述圖像采集模塊(3)對第一帶材檢測傳感器(1)和第二帶材檢測傳感器(2)感應(yīng)到的信號進(jìn)行底層處理和轉(zhuǎn)換，并將處理結(jié)果傳送給圖像處理模塊(4)，所述圖像處理模塊(4)對兩路信號進(jìn)行信號處理，得出帶材偏離中心線位置的距離偏差e和偏差變化率Δe；距離偏差e和偏差變化率Δe輸入到模糊控制器(5)中進(jìn)行模糊控制，即根據(jù)模糊控制規(guī)則表和輸入變量得出模糊控制量，再將模糊控制量轉(zhuǎn)換為實際的控制信號輸出；模糊控制器(5)輸出的控制信號使液壓伺服系統(tǒng)(6)調(diào)整位置，從而調(diào)節(jié)負(fù)載運動速度的大小和方向，使帶材始終位于軋制中心線上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶材對中系統(tǒng)自適應(yīng)模糊控制方法，其特征在于所述模糊控制器(5)進(jìn)行模糊控制的具體步驟為1)輸入模糊化將距離偏差e和偏差變化率Ae變換成相應(yīng)的基本論域，距離偏差e和偏差變化率Ae轉(zhuǎn)化成合適的語言值；距離偏差e和偏差變化率Ae經(jīng)過量化以后，確定隸屬函數(shù)波形圖為三角函數(shù)波形，再根據(jù)各模糊子集確定量化論域中各元素的曲線，經(jīng)比較以后得出模糊量；2)模糊化決策用IF、THEN結(jié)構(gòu)總結(jié)出模糊語言控制規(guī)則，形成模糊狀態(tài)控制表，模糊量經(jīng)控制規(guī)則得到模糊控制量；3)輸出反模糊化即去模糊化、模糊判決，將模糊控制量轉(zhuǎn)換到實際論域中，得到準(zhǔn)確的控制信號。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶材對中系統(tǒng)自適應(yīng)模糊控制方法，其特征在于距離偏差e和偏差變化率Ae輸入模糊控制器(5)的模糊控制軟件中，在Labview軟件平臺下將模糊控制規(guī)則表編輯為.fc文件，由模糊控制軟件得出相應(yīng)的模糊輸出，在模糊控制軟件中將模糊控制去模糊化，得到準(zhǔn)確的控制信號。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶材對中系統(tǒng)自適應(yīng)模糊控制方法，其特征在于所述圖像處理模塊(4)通過虛擬儀器軟件平臺Labview實現(xiàn)，由Labview編寫圖像處理的算法，將編寫的軟件生成exe文件，exe文件安裝在工控機(jī)上，構(gòu)成圖像處理模塊(4)。全文摘要本發(fā)明涉及帶材對中系統(tǒng)自適應(yīng)模糊控制方法，通過Labview軟件平臺實現(xiàn)，采用模糊控制的方法對帶材對中控制系統(tǒng)中檢測到的偏差進(jìn)行控制，對中控制系統(tǒng)接受來自傳感器得出的帶材偏差信號，建立輸入誤差和誤差變化率與模糊控制器輸出之間的模糊關(guān)系，通過模糊運算得到控制表，將測量得到的偏差以及偏差變化率進(jìn)行模糊化，通過論域比較，得出控制器的輸出給比例閥或者伺服閥發(fā)出指令，使液壓缸帶動開卷機(jī)按指令動作，將帶材拉回到預(yù)先設(shè)定的位置上，從而實現(xiàn)對中的目的。文檔編號G05D3/12GK101661294SQ200910182708公開日2010年3月3日申請日期2009年9月3日優(yōu)先權(quán)日2009年9月3日發(fā)明者龍王,羅新斌,邢青青,鄭文勝,黃秀琴申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司