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      精確的動(dòng)態(tài)稱重計(jì)量是提高包裝速度，保證包裝精度的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是當(dāng)前包裝面臨的一個(gè)的難題，尤其是粉體的包裝物性受到粒度、濕度和溫度等條件的影響，從而導(dǎo)致包裝精度難以控制。隨著先進(jìn)控制理論和技術(shù)的發(fā)展，新型的智能控制算法逐漸被運(yùn)用到包裝設(shè)備的控制系統(tǒng)中，一些學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的研究：如彭博等提出了將模糊控制算法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合粒子群算法運(yùn)用到動(dòng)態(tài)稱量包裝系統(tǒng)中，其中模糊控制算法通過(guò)PLC樣機(jī)試驗(yàn)500次后控制偏差最大值為5g，而B(niǎo)P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合粒子群算法在進(jìn)行了100次數(shù)據(jù)采樣實(shí)驗(yàn)后，最大相對(duì)誤差為9%，減小了相對(duì)誤差；馬云飛等提出了將模糊模糊控制算法運(yùn)用到皮帶給料式定量包裝控制系統(tǒng)中，通過(guò)Matlab軟件仿真得出其穩(wěn)態(tài)誤差減小了80%；周星等提出了把數(shù)字濾波技術(shù)運(yùn)用到失重式計(jì)量加料系統(tǒng)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其平均偏差值比設(shè)定的控制偏差值降低了40%。上述文獻(xiàn)表明，智能控制算法能夠減小定量包裝控制系統(tǒng)的誤差值。失重秤是20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的一種連續(xù)稱量計(jì)量設(shè)備，因失重倉(cāng)重量的測(cè)量幾乎是在靜態(tài)下進(jìn)行的，無(wú)需考慮傳感器零點(diǎn)漂移，具有精度高、環(huán)保、節(jié)能、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，失重秤逐漸成為連續(xù)稱重設(shè)備的首選設(shè)備。由于在實(shí)際包裝生產(chǎn)中，存在機(jī)器運(yùn)行中引起的振動(dòng)、系統(tǒng)的延遲等情況，所以其包裝精度有待進(jìn)一步提高。文中在傳統(tǒng)PI控制的基礎(chǔ)上，增加模糊控制智能算法實(shí)時(shí)整定PI控制參數(shù)，以此來(lái)優(yōu)化控制系統(tǒng)，從而提高粉體失重秤定量包裝的精度。

1.失重式計(jì)量包裝系統(tǒng)的傳統(tǒng)PI控制

失重秤由失重倉(cāng)、壓力傳感器、控制系統(tǒng)和出料喂料機(jī)組成。其工作原理是單位時(shí)間內(nèi)失重倉(cāng)的重量損失量，控制系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際流量與設(shè)定流量的大小對(duì)比，實(shí)時(shí)控制出料喂料機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到定量給料的目的失重秤的核心是控制系統(tǒng)，當(dāng)壓力傳感器將失重倉(cāng)內(nèi)的實(shí)際物料流失量信號(hào)傳給信號(hào)采集系統(tǒng)時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)際損失量與設(shè)定量計(jì)算出系統(tǒng)的誤差。目前的失重秤的控制方法通常采用PID控制通過(guò)對(duì)比實(shí)際與設(shè)定的單位時(shí)間內(nèi)失重倉(cāng)的損失量得出偏差值，來(lái)整定比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki與微分系數(shù)Kd，對(duì)被控對(duì)象出料喂料機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，以滿足控制精度。因?yàn)镻ID控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)，PID控制器也是目前應(yīng)用較廣泛的控制器。

2.模糊PI控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)的PID控制需將參數(shù)值提前置于控制器中，但是當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，傳統(tǒng)PID不能自動(dòng)調(diào)節(jié)。誤差發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)就不能得到很好的控制，不能很好地解決計(jì)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)之間的矛盾

由于失重秤的控制過(guò)程具有動(dòng)態(tài)稱量和非線性這兩大特點(diǎn)，因此傳統(tǒng)PID控制就不能達(dá)到相對(duì)理想的控制效果。由于模糊控制對(duì)系統(tǒng)的非線性和時(shí)變性有較好的適應(yīng)能力且魯棒性好，所以將模糊控制運(yùn)用到失重秤定量包裝中，能更好地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.1輸入輸出變量的確定

根據(jù)目前實(shí)際誤差分析，設(shè)定實(shí)際論域?yàn)閇－0.06kg，0.06kg]，實(shí)際偏差ec的基本論域?yàn)閇－1,1]，設(shè)輸入變量為e和ec，模糊論域?yàn)閇－6，6]；輸出模糊語(yǔ)言變量為Kp與Ki，設(shè)定其模糊變量為[－6，+6]，故偏差e的量化因子Ke=0.01，偏差變化量的量化因子Kec=1。輸出變量設(shè)置為Ki，Kp等2個(gè)參數(shù)。其中：NB表示負(fù)大對(duì)應(yīng)到模糊論域中為－1；NM表示負(fù)中對(duì)應(yīng)到模糊論域中為－2/3；NS表示負(fù)小對(duì)應(yīng)到模糊論域里為－1/3；ZO表示0對(duì)應(yīng)到模糊論域中為0；PS表示正小對(duì)應(yīng)到模糊控制中為1/3；PM表示正中對(duì)應(yīng)到模糊控制中為2/3；PB表示正大對(duì)應(yīng)到模糊控制中為1。

2.2選擇合適的隸屬度函數(shù)

常見(jiàn)的隸屬度函數(shù)有高斯形和三角形，其中高斯形函數(shù)易于實(shí)現(xiàn)，其中心線和寬度構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的參數(shù)集合以進(jìn)行初始化，適當(dāng)?shù)剡x擇中心和寬度則高斯函數(shù)也同樣極具靈活性，但是在工程中往往采用形式上簡(jiǎn)單的三角形隸屬度函數(shù)。

3.模糊PI失重秤粉體包裝控制系統(tǒng)模擬仿真

為了驗(yàn)證模糊PI控制在失重秤下料過(guò)程中能有效地控制下料速度和系統(tǒng)受到干擾后很快恢復(fù)到穩(wěn)定值，設(shè)計(jì)了傳統(tǒng)PI與模糊PI的仿真模型進(jìn)行對(duì)比。

4.結(jié)語(yǔ)

針對(duì)失重式粉體包裝秤控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)滯后與設(shè)備振動(dòng)等影響控制精度的問(wèn)題，在現(xiàn)有失重秤傳統(tǒng)PI控制的基礎(chǔ)上增加了模糊PI控制器。仿真結(jié)果表明，相較于現(xiàn)有的失重秤傳統(tǒng)PI控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的模糊PI控制使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間減少了44%，超調(diào)量降低了26%，在系統(tǒng)受到干擾后，模糊PI控制能使系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定時(shí)長(zhǎng)減少了33%。模糊PI控制方法能使失重秤控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快，超調(diào)量小且系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間短。這主要是因?yàn)槟：刂扑惴軐?shí)時(shí)調(diào)節(jié)PI的控制參數(shù)，使系統(tǒng)得到優(yōu)化，保證了失重秤能快速穩(wěn)定地工作，從而提高失重秤稱量的效率和精度。