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0 引言

配料控制器作為自動配料控制系統(tǒng)的核心設(shè)備在混凝土等生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。配料生產(chǎn)啟動后，打開進物料倉的閥門，計量斗上安裝的稱重傳感器將重量信號轉(zhuǎn)換成電壓信號送入配料控制器，經(jīng)計算得到當前重量值；當稱量值接近于配方中料的設(shè)定值時，關(guān)閉閥門，待空中飛料全部落入計量斗后，開始第二種物料的配料，以此類推，完成配方中所有物料的稱量控制。針對現(xiàn)有的配料控制器普遍存在空中飛料控制不準和測量精度不高的問題［1］，本文采用迭代學習控制算法，選用24位高精度A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)計出一款新型配料控制器，獲得了較為理想的配料精度。

1 采用迭代學習控制算法提高配料精度

實際生產(chǎn)過程表明，配料控制過程具有較強的重復性，同時又受諸多因素(如物料性質(zhì)、進料沖擊、給料機的振動、旋轉(zhuǎn)慣性等^［2］)的影響，難以建立配料控制過程的精確數(shù)學模型。迭代學習控制算法不依賴動態(tài)系統(tǒng)的精確數(shù)學模型，對重復性運動的非線性被控對象可以進行有效的控制，算法簡單、適應(yīng)性強^［3］，適用于配料過程的控制。

給料門在t開時刻開門，在t關(guān)時刻關(guān)門，開門后在t₀時刻物料落到計量斗，關(guān)門后在t₁時刻空中飛料全部落入計量斗。根據(jù)迭代學習控制的思想，每次配料過程中，要在時間區(qū)間［t₀，t₁］上給定期望軌跡yd(t)，再尋找輸入控制量u(t)，使得在該控制作用下實際配料重量在［t₀，t₁］上逼近yd(t)。本文采用P型迭代學習控制算法，選取關(guān)門提前量u為控制量，控制量的初值u1一般為配方設(shè)定值k的25%。第一次學習，當計量斗內(nèi)實際配料值達到W1=k- u₁時，貯料倉的給料門關(guān)閉，實際配料值與給定期望軌跡存在誤差e1=k- W1。設(shè)定新的控制量u₂=u₁+k_pe₁，其中k_p為P型迭代學習控制算法的迭代學習因子，經(jīng)過足夠多次學習后，可實現(xiàn)實際輸出逼近期望輸出，使配料精度滿足相關(guān)行業(yè)標準^［4］。

采用MATLAB對配料過程進行仿真，選取配方設(shè)定值k=800 kg，關(guān)門提前量u₁=200 kg，迭代學習因子k_p分別為0.2、0.5、0.8、1.5，仿真結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯?，當?shù)鷮W習因子k_p較小時，控制量u平穩(wěn)緩慢地接近理想范圍，但學習次數(shù)很多。當k_p較大時，u可以很快地靠近理想范圍，但波動很大，不容易收斂到理想值。P型迭代學習控制算法是基于偏差進行調(diào)節(jié)的，k_p可以減少誤差并加快響應(yīng)速度，但是k_p又受到系統(tǒng)穩(wěn)定性的限制，不能任意增大。為了保證系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)速度和較好的穩(wěn)定性，可在控制量u遠離理想控制范圍時，采用較大的迭代學習因子k_p，使u較快接近理想控制范圍；之后改用較小的k_p，使u平穩(wěn)地收斂于較優(yōu)值^［5］。通過大量仿真實驗，選取迭代學習因子k_p滿足式(1)，可以取得較為理想的配料控制效果。

在經(jīng)過15次迭代后，最終配料結(jié)果就可平滑收斂到配方設(shè)定值。

2 配料控制器的硬件設(shè)計

配料控制器的硬件采用模塊化設(shè)計，其中CPU采用單片機ADμC845，8052內(nèi)核，內(nèi)部集成10路24位高精度AD轉(zhuǎn)換器，且內(nèi)含62KFlash/E2程序存貯器，4KFlash/E2數(shù)據(jù)存貯器，2304字節(jié)數(shù)據(jù)RAM。此外，ADμC845的串口還具有程序下載功能，十分適合小體積低功耗的儀表應(yīng)用。

3 配料控制器的軟件設(shè)計

配料控制器的軟件采用一種前后臺的編程方式。后臺一直死循環(huán)輪詢，前臺處于等待中斷的狀態(tài)，一旦中斷發(fā)生，跳出后臺的輪詢，進入中斷服務(wù)程序，中斷處理完后，又返回后臺進行輪詢。

其工作狀態(tài)分為正常稱重狀態(tài)和配料狀態(tài)。前者稱重并顯示當前料重；后者自動根據(jù)配方設(shè)定值順序完成多達4種物料的配料。配料控制器由單機和聯(lián)機2套控制方式，單機控制時，用戶采用按鍵和生產(chǎn)啟動按鈕控制；聯(lián)機控制時，屏蔽按鍵控制功能，由上位機通過串口進行控制，同時控制器可將當前稱重值實時傳送至上位機進行顯示。

4 結(jié)語

(1) 采用ADμC845為CPU設(shè)計的智能配料控制器，具有體積小、精度高、系統(tǒng)開發(fā)成本低和開發(fā)周期短等優(yōu)點，在不修改硬件的前提下，軟件可實現(xiàn)二次升級。

(2) 該配料控制器功能完備，集稱重顯示與配料控制雙重功能于一體，系統(tǒng)參數(shù)具有掉電保護功能，還可通過串口與上位機聯(lián)機使用。

(3) 樣機調(diào)試表明，配料控制器的線性度較好，可靠性高，達到預期設(shè)計目標，具有應(yīng)用價值。

參考文獻:

［1］ 任德均.提高微機配料控制系統(tǒng)精度的應(yīng)用研究［J］.自動化儀表，2004,25(8)：22- 25.

［2］左文軍.配料系統(tǒng)計量準確度的檢測分析［J］.筑路機械與施工機械化，2002,19(4)：40- 41.

［3］謝勝利.迭代學習控制的理論與應(yīng)用［M］.北京：科學出版社，2005.

［4］GB 14902- 2003，中華人民共和國國家標準預拌混凝土［S］.

［5］趙升噸.迭代學習法在開關(guān)式液壓閥位置控制中的應(yīng)用［J］.西安交通大學學報，2003，37(5)：523- 526.

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