高壓隔膜泵轉(zhuǎn)速模糊控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高壓隔膜泵轉(zhuǎn)速模糊控制方法，屬于機(jī)械設(shè)備控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隔膜泵是氧化鋁企業(yè)中長(zhǎng)距離管道化輸送的關(guān)鍵設(shè)備之一，它綜合了活塞泵輸出壓力高、堅(jiān)固耐用和隔膜室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，又克服了活塞泵密封件易磨損和隔膜室本身無(wú)動(dòng)力源的不足，可獲得很高的排壓，且流量與壓力無(wú)關(guān)，適應(yīng)輸送介質(zhì)十分廣泛，吸入性能好，效率高，是其它泵的換代產(chǎn)品，在氧化鋁廠(chǎng)諸多工段起著至關(guān)重要的作用。
[0003]近年來(lái)，隨著管道化輸送設(shè)備向大型化發(fā)展，在許多工藝裝置中都存在利用多臺(tái)高壓隔膜泵向同一條管道輸送料漿的工況，每臺(tái)泵由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，隔膜泵的流量通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。原有控制設(shè)備中并沒(méi)有采取任何措施解決多臺(tái)隔膜泵的流量峰值疊加問(wèn)題。這樣，往往引起管道振動(dòng)，影響隔膜泵及整個(gè)管路的正常運(yùn)行，釀成事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高壓隔膜泵轉(zhuǎn)速模糊控制方法，以解決由于料漿流量的峰值疊加產(chǎn)生的管道振動(dòng)現(xiàn)象。在同一時(shí)刻，隔膜泵曲軸之間必須保持恒定的轉(zhuǎn)角差，也就是說(shuō)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)在各個(gè)泵之間必須保持穩(wěn)定的物理相位角，從而實(shí)現(xiàn)料漿的平穩(wěn)輸送，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005]本
【發(fā)明內(nèi)容】

高壓隔膜泵轉(zhuǎn)速模糊控制方法，該方法采用隔膜泵定轉(zhuǎn)角差控制系統(tǒng)將所有泵嚴(yán)格保持在恒定轉(zhuǎn)角差同步關(guān)系的前提下，能夠保持同步速度關(guān)系，在同一個(gè)脈沖周期內(nèi)，各臺(tái)泵的轉(zhuǎn)角起始位置嚴(yán)格協(xié)調(diào)，保持設(shè)定的轉(zhuǎn)角差值，該隔膜泵定轉(zhuǎn)角差控制系統(tǒng)采用主從控制結(jié)構(gòu)，將第一臺(tái)隔膜泵的曲軸轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速作為泵組各運(yùn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速參考給定。
[0006]前述高壓隔膜泵轉(zhuǎn)速模糊控制方法中，所述主從控制結(jié)構(gòu)為采用具有多變量、高耦合、非線(xiàn)性的特點(diǎn)的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)，并選擇該系統(tǒng)中的一個(gè)電機(jī)為主電機(jī)，而其余電機(jī)為從動(dòng)電機(jī)，通過(guò)控制各從動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)跟蹤主電機(jī)，也就是指需同步的幾個(gè)執(zhí)行元件以其中的一個(gè)執(zhí)行元件作為其他執(zhí)行元件的跟蹤對(duì)象而進(jìn)行控制并達(dá)到同步驅(qū)動(dòng)的控制形式，主動(dòng)電機(jī)以用戶(hù)給出的速度和位置給定值作為參考值，在運(yùn)行過(guò)程中緊密地跟蹤系統(tǒng)的給定值，而從動(dòng)電機(jī)不是跟蹤用戶(hù)的給定值了，而改以主動(dòng)電機(jī)的速度和位置的輸出作為自己的參考值，在運(yùn)行過(guò)程中緊密地跟蹤主動(dòng)電機(jī)，這樣在運(yùn)行過(guò)程中，從動(dòng)電機(jī)跟蹤主動(dòng)電機(jī)，而不是跟蹤系統(tǒng)給定值，使得系統(tǒng)的同步精度大為提高。
[0007]前述高壓隔膜泵轉(zhuǎn)速模糊控制方法中，該主從控制結(jié)構(gòu)采用模糊PID控制算法設(shè)計(jì)作為其同步控制器，該控制器的模糊推理規(guī)則基于預(yù)先設(shè)定的規(guī)則表，采用轉(zhuǎn)速誤差e和轉(zhuǎn)速誤差變化率d/dt的雙重反饋的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0008]前述高壓隔膜泵轉(zhuǎn)速模糊控制方法中，所述模糊PID控制器輸入為二維，輸出為一維，模糊控制器的規(guī)則形式采用常用線(xiàn)性推理規(guī)則。
[0009]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明適用于工廠(chǎng)或工程中高壓隔膜泵向管道輸送料漿的工況控制，尤其是多臺(tái)高壓隔膜泵向同一條管道輸送料漿的工況控制，通過(guò)本發(fā)明中多電機(jī)主從控制系統(tǒng)，使得系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，從動(dòng)電機(jī)能及時(shí)的跟蹤主動(dòng)電機(jī)，而不是跟蹤系統(tǒng)給定值，使得系統(tǒng)的同步精度大為提高。多電機(jī)同步控制系統(tǒng)具有多變量、高耦合、非線(xiàn)性的特點(diǎn)，其控制性能會(huì)受到負(fù)載擾動(dòng)、各軸驅(qū)動(dòng)特性不匹配等因素的影響，同步控制器采用模糊PID控制器，能從根本上消除同步誤差，穩(wěn)定性不理想的情況，并且模糊PID控制器的模糊推理規(guī)則基于預(yù)先設(shè)定的規(guī)則表，不需要復(fù)雜的算法，因此控制器的運(yùn)算較快，能夠適應(yīng)系統(tǒng)的要求。本發(fā)明通過(guò)分析輸入的電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差和偏差變化率來(lái)確定變頻器的輸出頻率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)從電機(jī)的速度，使之對(duì)主電機(jī)具有良好的跟隨性。該解決方案提高了多臺(tái)高壓隔膜泵系統(tǒng)的抗干擾性能，使系統(tǒng)具有即時(shí)響應(yīng)性和良好的穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0010]附圖1為本發(fā)明中的模糊PID控制器原理圖；
附圖2為本發(fā)明中的模糊控制規(guī)則表；
附圖3為本發(fā)明中的模糊控制查詢(xún)表。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但不作為對(duì)本發(fā)明的任何限制。
[0012]本發(fā)明的一種高壓隔膜泵轉(zhuǎn)速模糊控制方法為，該方法采用隔膜泵定轉(zhuǎn)角差控制系統(tǒng)將所有泵嚴(yán)格保持在恒定轉(zhuǎn)角差同步關(guān)系的前提下，能夠保持同步速度關(guān)系，在同一個(gè)脈沖周期內(nèi)，各臺(tái)泵的轉(zhuǎn)角起始位置嚴(yán)格協(xié)調(diào)，保持設(shè)定的轉(zhuǎn)角差值，，該隔膜泵定轉(zhuǎn)角差控制系統(tǒng)采用主從控制結(jié)構(gòu)，將第一臺(tái)隔膜泵的曲軸轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速作為泵組各運(yùn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速參考給定。
[0013]所述主從控制結(jié)構(gòu)為采用具有多變量、高耦合、非線(xiàn)性的特點(diǎn)的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)，并選擇該系統(tǒng)中的一個(gè)電機(jī)為主電機(jī)，而其余電機(jī)為從動(dòng)電機(jī)，通過(guò)控制各從動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)跟蹤主電機(jī)，也就是指需同步的幾個(gè)執(zhí)行元件以其中的一個(gè)執(zhí)行元件作為其他執(zhí)行元件的跟蹤對(duì)象而進(jìn)行控制并達(dá)到同步驅(qū)動(dòng)的控制形式，主動(dòng)電機(jī)以用戶(hù)給出的速度和位置給定值作為參考值，在運(yùn)行過(guò)程中緊密地跟蹤系統(tǒng)的給定值，而從動(dòng)電機(jī)不是跟蹤用戶(hù)的給定值了，而改以主動(dòng)電機(jī)的速度和位置的輸出作為自己的參考值，在運(yùn)行過(guò)程中緊密地跟蹤主動(dòng)電機(jī)，這樣在運(yùn)行過(guò)程中，從動(dòng)電機(jī)跟蹤主動(dòng)電機(jī)，而不是跟蹤系統(tǒng)給定值，使得系統(tǒng)的同步精度大為提高，利用多電機(jī)同步控制系統(tǒng)具有多變量、高耦合、非線(xiàn)性的特點(diǎn)，其控制性能會(huì)受到負(fù)載擾動(dòng)、各軸驅(qū)動(dòng)特性不匹配等因素的影響。
[0014]如附圖1所示:該主從控制結(jié)構(gòu)采用模糊PID控制算法設(shè)計(jì)作為其同步控制器，該控制器的模糊推理規(guī)則基于預(yù)先設(shè)定的規(guī)則表，不需要復(fù)雜的算法，因此控制器的運(yùn)算較快，能夠適應(yīng)系統(tǒng)的要求，采用轉(zhuǎn)速誤差e和轉(zhuǎn)速誤差變化率d/dt的雙重反饋的目的是為了盡快的減小同步誤差，以適應(yīng)被控對(duì)象的要求。
[0015]本系統(tǒng)采用的模糊控制器輸入為二維的，輸出為一維的。根據(jù)模糊控制器最常用的規(guī)則形式即線(xiàn)性推理規(guī)則為:
If E and Ec then Y.(I)
其中，E表示速度偏差的隸屬度函數(shù)，Ec表示速度偏差變化率的隸屬度函數(shù)，Y表示輸出量。(I)式表達(dá)了 25條模糊規(guī)則，這25條規(guī)則構(gòu)成的表格就是模糊控制規(guī)則表，如附圖2所示。
[0016]通過(guò)模糊控制規(guī)則表得到的是模糊量，而對(duì)于實(shí)際的控制則必須為清晰量，因此需要將模糊量轉(zhuǎn)換成清晰量，也就是模糊判決。本文采用加權(quán)平均法，得到模糊控制查詢(xún)表如附圖2所示。
[0017]將采集到的轉(zhuǎn)速偏差和計(jì)算得到的偏差變化率分別乘以各自的量化因子，即可得到相應(yīng)的模糊論域元素，然后再通過(guò)查詢(xún)模糊控制查詢(xún)表的行與列，就可以找到所需的控制量Y，將所得的Y值通過(guò)模擬量輸出模塊，輸出到變頻器的端腳上，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)從電機(jī)速度的目的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高壓隔膜泵轉(zhuǎn)速模糊控制方法，其特征在于:該方法采用隔膜泵定轉(zhuǎn)角差控制系統(tǒng)將所有泵嚴(yán)格保持在恒定轉(zhuǎn)角差同步關(guān)系的前提下，能夠保持同步速度關(guān)系，在同一個(gè)脈沖周期內(nèi)，各臺(tái)泵的轉(zhuǎn)角起始位置嚴(yán)格協(xié)調(diào)，保持設(shè)定的轉(zhuǎn)角差值，該隔膜泵定轉(zhuǎn)角差控制系統(tǒng)采用主從控制結(jié)構(gòu)，將第一臺(tái)隔膜泵的曲軸轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速作為泵組各運(yùn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速參考給定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓隔膜泵轉(zhuǎn)速模糊控制方法，其特征在于:所述主從控制結(jié)構(gòu)為采用具有多變量、高耦合、非線(xiàn)性的特點(diǎn)的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)，并選擇該系統(tǒng)中的一個(gè)電機(jī)為主電機(jī)，而其余電機(jī)為從動(dòng)電機(jī)；通過(guò)控制各從動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)跟蹤主電機(jī)，也就是指需同步的幾個(gè)執(zhí)行元件以其中的一個(gè)執(zhí)行元件作為其他執(zhí)行元件的跟蹤對(duì)象而進(jìn)行控制，并達(dá)到同步驅(qū)動(dòng)的控制形式；主動(dòng)電機(jī)以用戶(hù)給出的速度和位置給定值作為參考值，在運(yùn)行過(guò)程中緊密地跟蹤系統(tǒng)的給定值，而從動(dòng)電機(jī)不是跟蹤用戶(hù)的給定值了，而改以主動(dòng)電機(jī)的速度和位置的輸出作為自己的參考值，在運(yùn)行過(guò)程中緊密地跟蹤主動(dòng)電機(jī)，這樣在運(yùn)行過(guò)程中，從動(dòng)電機(jī)跟蹤主動(dòng)電機(jī)，而不是跟蹤系統(tǒng)給定值，使得系統(tǒng)的同步精度大為提高。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高壓隔膜泵轉(zhuǎn)速模糊控制方法，其特征在于:該主從控制結(jié)構(gòu)采用模糊PID控制算法設(shè)計(jì)作為其同步控制器，該控制器的模糊推理規(guī)則基于預(yù)先設(shè)定的規(guī)則表，采用轉(zhuǎn)速誤差(e)和轉(zhuǎn)速誤差變化率(d/dt)的雙重反饋的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓隔膜泵轉(zhuǎn)速模糊控制方法，其特征在于:所述模糊PID控制器輸入為二維，輸出為一維，模糊控制器的規(guī)則形式采用常用線(xiàn)性推理規(guī)則。
【專(zhuān)利摘要】<b>本發(fā)明公開(kāi)了一種</b><b>高壓隔膜泵轉(zhuǎn)速模糊控制方法，該方法采用隔膜泵定轉(zhuǎn)角差控制系統(tǒng)將所有泵嚴(yán)格保持在恒定轉(zhuǎn)角差同步關(guān)系的前提下，保持同步速度關(guān)系，在同一個(gè)脈沖周期內(nèi)，各臺(tái)泵的轉(zhuǎn)角起始位置嚴(yán)格協(xié)調(diào)，保持設(shè)定的轉(zhuǎn)角差值，該隔膜泵定轉(zhuǎn)角差控制系統(tǒng)采用主從控制結(jié)構(gòu)，將第一臺(tái)隔膜泵的曲軸轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速作為泵組各運(yùn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速參考給定。本發(fā)明通過(guò)分析輸入的電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差和偏差變化率來(lái)確定變頻器的輸出頻率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)從電機(jī)的速度，使之對(duì)主電機(jī)具有良好的跟隨性。該解決方案提高了多臺(tái)高壓隔膜泵系統(tǒng)的抗干擾性能，使系統(tǒng)具有即時(shí)響應(yīng)性和良好的穩(wěn)定性。</b>
【IPC分類(lèi)】F04B49/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105089997
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410218252
【發(fā)明人】江久適
【申請(qǐng)人】貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2014年5月22日