高压隔膜泵转速模糊控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高压隔膜泵转速模糊控制方法，属于机械设备控制技术领域。
【背景技术】
[0002]隔膜泵是氧化铝企业中长距离管道化输送的关键设备之一，它综合了活塞泵输出压力高、坚固耐用和隔膜室结构简单、耐腐蚀等优点，又克服了活塞泵密封件易磨损和隔膜室本身无动力源的不足，可获得很高的排压，且流量与压力无关，适应输送介质十分广泛，吸入性能好，效率高，是其它泵的换代产品，在氧化铝厂诸多工段起着至关重要的作用。
[0003]近年来，随着管道化输送设备向大型化发展，在许多工艺装置中都存在利用多台高压隔膜泵向同一条管道输送料浆的工况，每台泵由一台电机驱动，隔膜泵的流量通过调节电机转速来实现。原有控制设备中并没有采取任何措施解决多台隔膜泵的流量峰值叠加问题。这样，往往引起管道振动，影响隔膜泵及整个管路的正常运行，酿成事故。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种高压隔膜泵转速模糊控制方法，以解决由于料浆流量的峰值叠加产生的管道振动现象。在同一时刻，隔膜泵曲轴之间必须保持恒定的转角差，也就是说，系统运行时在各个泵之间必须保持稳定的物理相位角，从而实现料浆的平稳输送，从而克服现有技术的不足。
[0005]本
【发明内容】
高压隔膜泵转速模糊控制方法，该方法采用隔膜泵定转角差控制系统将所有泵严格保持在恒定转角差同步关系的前提下，能够保持同步速度关系，在同一个脉冲周期内，各台泵的转角起始位置严格协调，保持设定的转角差值，该隔膜泵定转角差控制系统采用主从控制结构，将第一台隔膜泵的曲轴转角和转速作为泵组各运动轴驱动电机的转角和转速参考给定。
[0006]前述高压隔膜泵转速模糊控制方法中，所述主从控制结构为采用具有多变量、高耦合、非线性的特点的多电机同步控制系统，并选择该系统中的一个电机为主电机，而其余电机为从动电机，通过控制各从动电机的转速来跟踪主电机，也就是指需同步的几个执行元件以其中的一个执行元件作为其他执行元件的跟踪对象而进行控制并达到同步驱动的控制形式，主动电机以用户给出的速度和位置给定值作为参考值，在运行过程中紧密地跟踪系统的给定值，而从动电机不是跟踪用户的给定值了，而改以主动电机的速度和位置的输出作为自己的参考值，在运行过程中紧密地跟踪主动电机，这样在运行过程中，从动电机跟踪主动电机，而不是跟踪系统给定值，使得系统的同步精度大为提高。
[0007]前述高压隔膜泵转速模糊控制方法中，该主从控制结构采用模糊PID控制算法设计作为其同步控制器，该控制器的模糊推理规则基于预先设定的规则表，采用转速误差e和转速误差变化率d/dt的双重反馈的方法来实现的。
[0008]前述高压隔膜泵转速模糊控制方法中，所述模糊PID控制器输入为二维，输出为一维，模糊控制器的规则形式采用常用线性推理规则。
[0009]由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，本发明适用于工厂或工程中高压隔膜泵向管道输送料浆的工况控制，尤其是多台高压隔膜泵向同一条管道输送料浆的工况控制，通过本发明中多电机主从控制系统，使得系统在运行过程中，从动电机能及时的跟踪主动电机，而不是跟踪系统给定值，使得系统的同步精度大为提高。多电机同步控制系统具有多变量、高耦合、非线性的特点，其控制性能会受到负载扰动、各轴驱动特性不匹配等因素的影响，同步控制器采用模糊PID控制器，能从根本上消除同步误差，稳定性不理想的情况，并且模糊PID控制器的模糊推理规则基于预先设定的规则表，不需要复杂的算法，因此控制器的运算较快，能够适应系统的要求。本发明通过分析输入的电机转速偏差和偏差变化率来确定变频器的输出频率，从而达到调节从电机的速度，使之对主电机具有良好的跟随性。该解决方案提高了多台高压隔膜泵系统的抗干扰性能，使系统具有即时响应性和良好的稳定性。
【附图说明】
[0010]附图1为本发明中的模糊PID控制器原理图；
附图2为本发明中的模糊控制规则表；
附图3为本发明中的模糊控制查询表。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本发明进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。
[0012]本发明的一种高压隔膜泵转速模糊控制方法为，该方法采用隔膜泵定转角差控制系统将所有泵严格保持在恒定转角差同步关系的前提下，能够保持同步速度关系，在同一个脉冲周期内，各台泵的转角起始位置严格协调，保持设定的转角差值，，该隔膜泵定转角差控制系统采用主从控制结构，将第一台隔膜泵的曲轴转角和转速作为泵组各运动轴驱动电机的转角和转速参考给定。
[0013]所述主从控制结构为采用具有多变量、高耦合、非线性的特点的多电机同步控制系统，并选择该系统中的一个电机为主电机，而其余电机为从动电机，通过控制各从动电机的转速来跟踪主电机，也就是指需同步的几个执行元件以其中的一个执行元件作为其他执行元件的跟踪对象而进行控制并达到同步驱动的控制形式，主动电机以用户给出的速度和位置给定值作为参考值，在运行过程中紧密地跟踪系统的给定值，而从动电机不是跟踪用户的给定值了，而改以主动电机的速度和位置的输出作为自己的参考值，在运行过程中紧密地跟踪主动电机，这样在运行过程中，从动电机跟踪主动电机，而不是跟踪系统给定值，使得系统的同步精度大为提高，利用多电机同步控制系统具有多变量、高耦合、非线性的特点，其控制性能会受到负载扰动、各轴驱动特性不匹配等因素的影响。
[0014]如附图1所示:该主从控制结构采用模糊PID控制算法设计作为其同步控制器，该控制器的模糊推理规则基于预先设定的规则表，不需要复杂的算法，因此控制器的运算较快，能够适应系统的要求，采用转速误差e和转速误差变化率d/dt的双重反馈的目的是为了尽快的减小同步误差，以适应被控对象的要求。
[0015]本系统采用的模糊控制器输入为二维的，输出为一维的。根据模糊控制器最常用的规则形式即线性推理规则为:
If E and Ec then Y.(I)
其中，E表示速度偏差的隶属度函数，Ec表示速度偏差变化率的隶属度函数，Y表示输出量。(I)式表达了 25条模糊规则，这25条规则构成的表格就是模糊控制规则表，如附图2所示。
[0016]通过模糊控制规则表得到的是模糊量，而对于实际的控制则必须为清晰量，因此需要将模糊量转换成清晰量，也就是模糊判决。本文采用加权平均法，得到模糊控制查询表如附图2所示。
[0017]将采集到的转速偏差和计算得到的偏差变化率分别乘以各自的量化因子，即可得到相应的模糊论域元素，然后再通过查询模糊控制查询表的行与列，就可以找到所需的控制量Y，将所得的Y值通过模拟量输出模块，输出到变频器的端脚上，进而达到调节从电机速度的目的。
【主权项】
1.一种高压隔膜泵转速模糊控制方法，其特征在于:该方法采用隔膜泵定转角差控制系统将所有泵严格保持在恒定转角差同步关系的前提下，能够保持同步速度关系，在同一个脉冲周期内，各台泵的转角起始位置严格协调，保持设定的转角差值，该隔膜泵定转角差控制系统采用主从控制结构，将第一台隔膜泵的曲轴转角和转速作为泵组各运动轴驱动电机的转角和转速参考给定。2.根据权利要求1所述高压隔膜泵转速模糊控制方法，其特征在于:所述主从控制结构为采用具有多变量、高耦合、非线性的特点的多电机同步控制系统，并选择该系统中的一个电机为主电机，而其余电机为从动电机；通过控制各从动电机的转速来跟踪主电机，也就是指需同步的几个执行元件以其中的一个执行元件作为其他执行元件的跟踪对象而进行控制，并达到同步驱动的控制形式；主动电机以用户给出的速度和位置给定值作为参考值，在运行过程中紧密地跟踪系统的给定值，而从动电机不是跟踪用户的给定值了，而改以主动电机的速度和位置的输出作为自己的参考值，在运行过程中紧密地跟踪主动电机，这样在运行过程中，从动电机跟踪主动电机，而不是跟踪系统给定值，使得系统的同步精度大为提高。3.根据权利要求2所述高压隔膜泵转速模糊控制方法，其特征在于:该主从控制结构采用模糊PID控制算法设计作为其同步控制器，该控制器的模糊推理规则基于预先设定的规则表，采用转速误差(e)和转速误差变化率(d/dt)的双重反馈的方法来实现的。4.根据权利要求1所述高压隔膜泵转速模糊控制方法，其特征在于:所述模糊PID控制器输入为二维，输出为一维，模糊控制器的规则形式采用常用线性推理规则。
【专利摘要】<b>本发明公开了一种</b><b>高压隔膜泵转速模糊控制方法，该方法采用隔膜泵定转角差控制系统将所有泵严格保持在恒定转角差同步关系的前提下，保持同步速度关系，在同一个脉冲周期内，各台泵的转角起始位置严格协调，保持设定的转角差值，该隔膜泵定转角差控制系统采用主从控制结构，将第一台隔膜泵的曲轴转角和转速作为泵组各运动轴驱动电机的转角和转速参考给定。本发明通过分析输入的电机转速偏差和偏差变化率来确定变频器的输出频率，从而达到调节从电机的速度，使之对主电机具有良好的跟随性。该解决方案提高了多台高压隔膜泵系统的抗干扰性能，使系统具有即时响应性和良好的稳定性。</b>
【IPC分类】F04B49/06
【公开号】CN105089997
【申请号】CN201410218252
【发明人】江久适
【申请人】贵阳铝镁设计研究院有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月22日