專利名稱：一種皮帶秤系統輸出的控制方法
技術領域：
本發明涉及計量控制領域，尤其涉及一種皮帶秤系統輸出的控制方法。
背景技術：
在傳統的皮帶秤儀表的控制中，完全把皮帶秤控制對象當成未知特性的黑盒子。 而且因為儀表的模擬量(4-20mA)控制輸出AO的特性也不可能作到完全線性，變頻器和電 機的輸出和輸入也不是線性的。這些非線性使得開發人員不能用優秀的控制算法來控制皮 帶秤，控制結果不能簡單預見，通常只能采用最基本的試探性的控制算法，即先控制輸出一 個值，根據反饋回來的值的大小再調整輸出，直到達到控制目的為止。這必然會產生超調和 響應時間的矛盾，例如常用的PID控制。PID控制是純滯后控制，其控制本身的滯后性嚴重， 不能及時反應當前情況，于是控制效果往往是超調大或者反應慢。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種快速準確、控制穩 定的皮帶秤系統輸出的控制方法。本發明所采用的技術方案是本發明包括以下步驟當目標流量誤差范圍小于某一閾值時，采用PID模型控制；當目標流量誤差范圍 大于此閾值時，調整到線性模型找到最佳的控制輸出點，并限制控制輸出量的上下限；所述線性模型的控制方法為(1)把控制輸出的非線性曲線通過多點采樣分成多段直線，建立線性模型，計算各 線段的端點坐標以及斜率，建立數據庫；(2)當需要計算目標值的輸出量時，通過查找數據庫計算出對應的輸出值。所述控制輸出非線性曲線包括儀表的模擬量控制輸出、變頻器和電機的輸出，皮 帶秤系統輸出為二者的函數。所述誤差范圍閾值為2% FS。本發明的有益效果在于本發明的在線線性調整的控制方法，已經通過算法處理， 把控制對象輸出特性線性化，此時控制對象的輸出特性模型就可以簡化為簡單直線模型， 從而使控制輸出具有預見性，為各種優秀算法的實施提供了前提。在此模型下，任一點的輸 出特性只需要知道相應的直線段的斜率和原點就可以推算出。這樣就可以直接找到最佳的 控制值，而不再象傳統PID控制那樣慢慢調整以接近目標值。將此控制方法應用在皮帶秤 儀表上用戶在使用具有在線線性調整功能的皮帶秤控制儀表時，只需提出一個目標值，如 果是在合理范圍內，模型控制就能迅速找到最佳的控制值，解決了超調和響應時間的矛盾， 所以控制的效果超調小、波動小、反應快。
圖1為本發明中線性模型建立示意圖。
具體實施例方式首先，皮帶秤控制系統的非線性的主要集中在兩部分1)儀表的模擬量控制輸出 AO的特性也不可能作到完全線性；2)變頻器和電機的輸出也不是線性的。假設控制模型是y = f (xl, x2) (1)y為皮帶秤系統的輸出，xl為儀表的模擬量控制輸出，x2為變頻器和電機的輸出。 因為xl和x2的非線性，使得這兩個非線性的交集使得控制模型f(xl，x2)函數很難建立。針對以上兩個問題，本方案中線性調整分為兩部分，分別是1、對儀表的模擬量控制輸出AO的特性Xl作線性補償調整，使其具有較理想的線 性輸出。2、對變頻器和電機的輸出x2作線性補償調整，使其具有較理想的線性輸出。設經線性調整后的新的算法模型為Y，= F，(XI，，X2，)(2)Y’為調整后的皮帶秤系統的輸出，ΧΓ為線性調整后的儀表的模擬量控制輸出， X2’為線性調整后的變頻器和電機的輸出。由式(2)知，當X1，、X2，為線性時，可以推算出F，(X1，，X2，)也具有線性。從而 把皮帶秤系統的模型簡單化為一條直線了。xl和x2線性調整原理說明把儀表模擬量控制輸出和變頻器、電機的輸出的非線性的曲線，通過多點采樣，分 成多段直線。在各段內就可以按理想的直線來作計算，當采樣點數足夠多時，可以認為這些 直線段的組合可以反應原非線性曲線的特性，因此把非線性的模型變成了線性化的模型。線性化模型原理圖如圖1所示，圖中實線為理想的給料機輸出(變頻器、電機的輸 出)能力的曲線圖，虛線為把非線性取樣分段的直線圖。對于不同的皮帶秤儀表的4 20mA輸出或變頻器、電機的輸出，設已作N點的線 性標校，分別取得各點的流量輸出為\、Y1……γΝ，計算各段斜率，建立數據庫。求某一點Xt的輸出值yt，點Xt在相鄰的采樣點Xp1點和Xi點中間，即X^ ^ xt ^ Xi, 設Xh點和Xi點的輸出值分別為YH、Yi,則有yt = Yi_1+(t-Xil)*k(i) ； (3)k(i) = (Yi-Yi^1)/(Xi-Xi^1) ； (4)應用時，要先找出當前計算點是在哪段直線中，由查找數據庫得出該直線的原點 和斜率，再由公式(3)、⑷計算出相應的輸出。在本事實例中應用本發明的皮帶秤儀表有一個模擬量輸出線性標定菜單。在該菜 單下可對皮帶秤儀表的模擬量輸出作多點的線性標定，一般作11點線性標定，分別對模擬 量輸出的 0% FS、10% FS,20% FS,30% FS,40% FS,50% FS,60% FS,70% FS,80% FS,90% FS、100%FS作線性標定。這是在儀表出廠時由廠家調試好的，用戶一般不用調整。以及應 用本發明的皮帶秤儀表有一個給料機輸出線性標定菜單。在該菜單下皮帶秤儀表可以作給 料機輸出的11點線性標定。分別對給料機輸出的0% FSU0% FS,20% FS,30% FS,40% FS,50% FS,60% FS,70% FS,80% FS,90% FSU00% FS 作線性標定。
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皮帶秤儀表在自動控制時可以選擇在線線性調整方式和PID的結合的控制策略， 具體實施時，當當前流量誤差大于某一值時，用在線線性調整方式找到最佳的控制輸出點 的范圍，并限制控制量輸出的上下限；當前流量誤差小于某一值時，用PID控制。下面就具體的實例來對比一下使用了在線線性調整方式的皮帶秤儀表和使用傳 統PID控制的皮帶秤儀表的控制時間。應用本發明作了線性調整的皮帶秤儀表，已對其模擬量輸出作了非線性補償，非 線性僅為2/10000，在一般的皮帶秤系統中，可以認為其是理想線性的。對給料機作了 11點線性標定，結果如下
給料機輸出平均流量0% FS0.OT/h10% FS5.OT/h20% FS15. OT/h30% FS26. 5T/h40% FS39. OT/h50% FS50. 5T/h60% FS60. 3T/h70% FS69. 2T/h80% FS77. OT/h90% FS84. 4T/h100% FS93. OT/h由上表，例如，需要把目標流量設定為45. OT/h時，根據已有11點數據表格，儀 表根據公式(3)、(4)計算出相應的輸出為45. 2% FS，則儀表直接把控制給料機變頻器的 4-20mA直接調到45. 2% FS輸出，就可以很快達到目標值。以下是個幾個控制點的對比效果，要求控制誤差為FS0當在線線性調整方式 的調節范圍為2% FS,即當流量誤差大于2% FS時用在線線性調整方式迅速找到最佳的控 制輸出點，當流量誤差小于2% FS時用PID控制。
權利要求
一種皮帶秤系統輸出的控制方法，其特征在于，當目標流量誤差范圍小于某一閾值時，采用PID模型控制；當目標流量誤差范圍大于此閾值時，調整到線性模型找到最佳的控制輸出點，并限制控制輸出量的上下限；所述線性模型的控制方法為(1)把控制輸出的非線性曲線通過多點采樣分成多段直線，建立線性模型，計算各線段的端點坐標以及斜率，建立數據庫；(2)當需要計算目標值的輸出量時，通過查找數據庫計算出對應的輸出值。
2.根據權利要求1所述的一種皮帶秤系統輸出的控制方法，其特征在于，所述控制輸 出非線性曲線包括儀表的模擬量控制輸出、變頻器和電機的輸出，皮帶秤系統輸出為二者 的函數。
全文摘要
本發明公開了一種快速準確、控制穩定的皮帶秤系統輸出的控制方法。在本方法中當目標流量誤差范圍小于某一閾值時，采用PID模型控制；當目標流量誤差范圍大于此閾值時，調整到線性模型找到最佳的控制輸出點，并限制控制輸出量的上下限。將此控制方法應用在皮帶秤儀表上，用戶在使用具有在線線性調整功能的皮帶秤控制儀表時，只需提出一個目標值，如果是在合理范圍內，模型控制就能迅速找到最佳的控制值，解決了超調和響應時間的矛盾，所以控制的效果超調小、波動小、反應快。
文檔編號G05B13/04GK101943888SQ201010221049
公開日2011年1月12日 申請日期2010年7月8日 優先權日2010年7月8日
發明者何曉東, 楊永濟 申請人:珠海市長陸工業自動控制系統有限公司