1 雙模控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理
 
雙模控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示, 它由預(yù)測(cè)
 
器、開關(guān)控制器、模糊控制器以及控制對(duì)象組成的直接數(shù)字反饋控制系統(tǒng)
工作原理 :當(dāng)控制開始時(shí), 系統(tǒng)偏差 e =S -Y 較大, 當(dāng)偏差的**值 e 大于雙模控制的轉(zhuǎn)換邊界(Em)時(shí),系統(tǒng)的控制量取正的**大輸出(+Um)或負(fù)的**大輸出(-Um), 實(shí)行非線性開關(guān)控制 ;當(dāng)偏差逐漸減少 , e 小于預(yù)定的轉(zhuǎn)換邊界值(Em)時(shí) ,便進(jìn)行程序切換, 實(shí)行預(yù)測(cè)模糊控制。這樣既能加快過渡過程,又能保證系統(tǒng)超調(diào)小, 甚**無超調(diào) , 從而取得良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。
 
2 預(yù)測(cè)器控制算法
 
傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)部分都是利用**小二乘法進(jìn)行遞推
 
而獲得**新的在線預(yù)報(bào)模型 ,但是這種方法的計(jì)算量太大,影響系統(tǒng)的快速性。對(duì)比較簡(jiǎn)易的系統(tǒng)來說, 利用一種簡(jiǎn)易新型的預(yù)測(cè)算法^[ 2] 更有效 ,這種算法也是基于對(duì)象的歷史數(shù)據(jù), 根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理和**小二乘法機(jī)理 ,把二者優(yōu)越性結(jié)合起來 ,使系統(tǒng)控制計(jì)算簡(jiǎn)單 ,為單片機(jī)模糊實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)開辟了新的方向。下面是兩種算法的表達(dá)式 :
 
根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理 , 對(duì)曲線的速度(v)和加速度(a)進(jìn)行分析,可以從現(xiàn)在時(shí)刻以前幾拍的歷史數(shù)據(jù)中預(yù)測(cè)下一點(diǎn)的值 ,其表達(dá)式為:
 
y v -a(t)=1 .75y(t-1)-0 .25y(t-2)-0 .75y(t
 

-3)+0 .25y(t-4)	(1)
若采用**小二乘法進(jìn)行預(yù)測(cè) ,則有 :
y σ(t)=2 .25y(t-1)-0 .75y(t-2)-1 .25y(t -
3)+0 .75y(t-4)	(2)

 
式(1)和式(2)各有優(yōu)點(diǎn), 前者有較快的響應(yīng)速度,對(duì)觀測(cè)量的變化較為敏感 ;而后者穩(wěn)定性較好,抗干擾能力強(qiáng)。引入加權(quán)因子則可綜合兩者的優(yōu)勢(shì)。
 
y (t)=wy v -a(t)+(1 -w)yσ(t) (3)
 
本系統(tǒng)中 ,由 ω=0 .5,則 y (t)=2y(t-1)-0 .5y(t-2)-y(t -3)+0 .5y
 
(t-4)

3 模糊控制器算法
 
本系統(tǒng)采用帶修正因子的 Fuzzy 控制器, 其結(jié)構(gòu)圖如圖 2 所示。
Fuzzy 控制器輸入為偏差e 和偏差變化率 ec ,輸出為控制變量u 。論域E 、Ec 和U 均分成七檔 ,即正大(PL)、正中(PM)、正小(PS)、(零)、負(fù)小(NS)、負(fù)中(NM)、負(fù)大(NL), 相應(yīng)用 +3 、+2 、+1 、0 、-1 、-
 
2 、-3 來表述。帶修正因子的控制算法為:
 

U =[αE +(1 -α)Ec]

(5)

其中 ,取α= e / em ax ,em ax為 e 的**大值,則 α∈[ 0 ,
 
1] 。
 
因此 ,當(dāng) e 大時(shí) α大;當(dāng) e 小時(shí) α小, 這種加權(quán)的程度恰好反映了操作者進(jìn)行控制活動(dòng)時(shí)的思維特點(diǎn) ,也避免了控制規(guī)則定義中的空檔或跳變現(xiàn)象。
另外 , 為了避免在開關(guān)控制器和模糊控制器進(jìn)行切換的臨界處出現(xiàn)抖動(dòng) , 采用了類似“磁滯線”的切換方法 ,即上升階段當(dāng) e <e2 , 采用開關(guān)控制算法,否則采用模糊控制算法;在下降階段當(dāng) e >e 1 , 采用開關(guān)控制算法 ,否則采用模糊控制算法。
 
4 高速冷凍離心機(jī)硬件結(jié)構(gòu)
 
高速冷凍離心機(jī)主要是從液體混合物中提煉出需要的成分,根據(jù)每種物質(zhì)的密度不同 ,經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn),密度大的液體沉在底層 , 密度小的液體浮在上面,這樣就將液體分層, 提煉出我們所需要的純凈物。它應(yīng)用于醫(yī)藥、化工等許多*域。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 3 所示。
系統(tǒng)輸入有兩個(gè) :轉(zhuǎn)速輸入和溫度輸入。轉(zhuǎn)速由光碼測(cè)量 ,每轉(zhuǎn)輸出六個(gè)脈沖 ,其控制采用上述算法。溫度由AD590 測(cè)量,當(dāng)溫度高于設(shè)定值 2 ℃時(shí) , 壓縮機(jī)啟動(dòng);當(dāng)溫度低于設(shè)定值 2 ℃時(shí), 壓縮機(jī)停止。另外,系統(tǒng)有時(shí)間控制 ,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過 500 轉(zhuǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí) ,當(dāng)計(jì)時(shí)達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)停機(jī)。系統(tǒng)輸出有繼電器輸出的變頻器啟/停、壓縮機(jī)啟停、門鎖控制和D/A 輸出的0 ～ 5V 或0 ～ 10V 的電壓控制轉(zhuǎn)速。故障檢測(cè)有變頻器故障、開門故障、失衡故障、超溫故障、超速故障。系統(tǒng)設(shè)有看門狗。 
5 高速冷凍離心機(jī)軟件流程
 
高速冷凍離心機(jī)軟件流程圖如圖 4 所示。
 
轉(zhuǎn)速雙模控制算法模塊子程序流程圖如圖 5 所
 
示。
 
在樣機(jī)調(diào)試中已確定了七種轉(zhuǎn)子型號(hào)的控制子程序 ,適合于幾千轉(zhuǎn)**三萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。在應(yīng)用中 ,用戶只需通過鍵盤輸入用戶所使用的轉(zhuǎn)子型號(hào)。
 
6 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果出控制失靈及系統(tǒng)機(jī)械故障等應(yīng)能及時(shí)檢測(cè)并報(bào)警 ,關(guān)閉所有控制對(duì)象 ,使系統(tǒng)損失減到**小。同時(shí)在檢測(cè)到一些對(duì)生產(chǎn)不造成影響的故障如鍵壞、顯示不正常等 ,則應(yīng)報(bào)警提示操作員,但不停止生產(chǎn)。