仿人逻辑控制器及用于动态配料系统的控制装置的制作方法

专利名称：仿人逻辑控制器及用于动态配料系统的控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工业应用自动控制技术，具体地，涉及仿人逻辑控制器及用于动
态配料系统的控制装置。
背景技术：
近年来，我国的各个行业发展迅速，而配料这一工艺是很多传统行业中的重要环 节。 配料系统是一种应用于工业和农业生产自动化的配料设备，通常使用带有自动配 料算法软件的微机，由一套PLC配料设备和一套上位机监控配料设备组成，作为自动配料 的控制系统。其中，PLC配料设备由配料控制器(如硕人时代STEC控制器)、配料仪表及通 讯电缆组成，STEC控制器之间用以太网通讯，STEC控制器还提供RS232、RS485接口和ADSL、 GPRS、 CDMA、光纤等通讯；上位机监控配料设备采用Windows操作系统，可以安装硕人时代 SRDev2. 0编程软件及H0MS5. 0组态软件。 其中，上位机用于对整个配料系统进行实时监控，画面显示和报表打印；PLC用 于实现配料的自动控制；配料仪表用于配料的PID调节及瞬时流量和累计流量等参数的 显示；控制柜用于配料系统的逻辑控制和供配电；现场手操箱用于现场单台设备的启停控 制。 在工业应用中，动态配料系统主要应用于混凝土搅拌配料、圆盘配料和物流配料 等；在农业应用中，动态配料系统主要应用于饲料配料。在自动配料系统中，可以采用中小 型集散控制配料系统，以实现了"分散控制，集中管理"、克服"危险集中"的问题；上位机 和下位机相对独立，具有手动、自动、半自动切换功能，联机时，彼此间按特定的协议互通信 息，脱机时，单台秤可独立实现工艺闭环过程控制；上位机远离操作现场，有利于提高配料 系统的稳定性，并改善操作员的工作环境；下位机选用可编程控制器，具有很强的抗干扰能 力，编程简单易于掌握，能在恶劣的环境中长期可靠的运行；采用PID调节，提高配料系统 的配料精度，并能根据生产要求，设置最佳的工作开关时序，较好的解决料头料尾问题，自 动修改配料系统的物料配比。 —般地，配料系统的主要功能包括监控功能对皮带称配料过程的瞬时流量、日 累计、月累计、年累计等参数进行检测和监视；画面显示通过计算机显示器可显示配料过 程中有关控制参数的运行状况，以及显示实时配料曲线和表格；打印管理可随时打印配 料报表，以便保存和查询；通讯功能工控机与PLC和仪表之间进行可进行双向数据及信息 交换；数据处理配料系统可自动对采集的信号进行运算处理，并输出到相应的控制量；控 制功能根据操作前相应的设定值，自动控制设备的正常运行，包括PID调节；报警功能上 位机以画面方式和声光信号方式对各种参数超限或设备状态异常进行报警。 在现有技术中，自动配料系统的种类包括a、主从式分布控制微机配料控制系统 采用主从式结构，将多台单片微机连接成功能强大的系统，可应用于大型混凝土配料站，同 时配料的物料可以多达9-12种；[0008] b、失重秤自动配料系统基于斗式秤的结构，能直接进行砝码标定，通过对秤斗各 瞬间重量的测试，计算出实际排料量；再进行闭环调整，从而可以达到较高的控制精度，如 0. 5% ;在化工、建材、冶金等行业，经常要进行多种物料的连续配料，因此经常使用失重秤； C、率值配料系统早在1987年河南硅酸盐学会的刘笃新工程师在《河南建材》上 发表的《关于水泥生料配料公式研究》中，提出了率值配料的概念；另外，1991年还出版专 著《水泥生料配料的率值公式法》，详细探讨了生料反馈回调的各种方法，证明在原材料成 分波动时单控制生料CaO、Fe203不能稳定生料三率值，明确了率值配料的概念；并进一步研 究了 6种回调方法，提出了钙铁控制下保证率值合格的最佳回调方法，最大限度地避免了 钙铁控制的缺陷；水泥厂普遍采用该回调方法，进行率值配料；目前率值配料的基本假定 是要实现率值配料必须要测定出生料硅、铁、铝、钙4种化学成分。 在工程应用的动态配料系统中，如混凝土搅拌配料系统、圆盘配料系统和物流系
统等，传统配料工艺中主要依靠工作经验进行调节，存在以下三个方面的问题 (1)系统的稳定性、快速性和准确性不能完全融合对于控制系统而言，首先应考
虑其稳定性，也就是说控制系统应具有很强的稳定性，但是，在现有技术中，常规控制器的
各个性能指标达不到完全融合匹配，影响控制系统的综合性能指标； (2)不能有效地抑制延迟现象在许多应用工程中，现场问题的解决较复杂，人为 影响因素较多，不能很好地控制物料，以有效地抑制现场出现的滞后现象；例如，在混凝土 搅拌系统中，使用水平皮带运输物料时，在拉斗升降、开闭合仓门、以及称量斗的过程中都 会出现延迟现象； (3)不能有效地进行误差控制在配料时，称量值难以趋近设定值，误差难以控 制； (4)成本高在许多应用工程的设计中，需要在确保质量的前提下，控制成本，并 产生合理的经济效益；也就是说，企业首先需要获取利润，再寻求发展，所以必需考虑成本 问题；但是，在现有技术中，不能实现精确配料，称重值与设定值之间的误差得不到有效控 制，成本不够合理，企业效益尚未达到最大化。

发明内容本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出用于动态配料系统的仿人逻辑控制
器，以实现融合性好、延迟控制难度小、配料精确、成本合理和效益高的优点。 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是仿人逻辑预测控制器，该控制器
包括顺序连接的逻辑控制单元和预测控制单元，其中所述逻辑控制单元，用于在被控系统
的超调量偏离设定值、或者在控制时间/调节时间偏离设定值时，通过最短的时间，将所述
被控系统带入正常运行状态；所述预测控制单元，用于在被控系统需要保持控制力、或者需
要克服上升/下降惯性时，根据经验值，对被控系统现场的噪声、干扰和/或模型失真参数
进行模型匹配。 进一步地，该控制器还包括顺序连接的运行状态判断单元和控制量切换单元，并 且，所述控制量切换单元分别与所述逻辑控制单元及预测控制单元连接；其中所述运行 状态判断单元，用于判断被控系统的运行状态，得到判断结果，将所述判断结果传送至所述 控制量切换单元；所述控制量切换单元，用于根据所述判断结果，在所述逻辑控制单元和预测控制单元之间进行切换。 进一步地，所述逻辑控制单元包括PID控制模块，以及与所述PID控制模块配合连 接的模糊控制模块；其中所述PID控制模块，用于对被控系统进行PID控制；所述模糊控 制模块，用于在空间三维相平面引入所述PID控制的比例环节P，引进误差零带和误差变化 零带，将所述空间三维相平面进行分区，在对应区间调节P的大小；所述预测控制单元为模 型预测控制MPC。 同时，本实用新型采用的另一技术方案是用于动态配料系统的控制装置，包括顺 序连接的传感器、仿人逻辑控制器和控制对象，其中所述传感器，用于实时采集动态配料 现场的变化量；所述仿人逻辑控制器，用于根据所述变化量，进行逻辑控制和预测处理，得 到对应的处理结果；所述控制对象，用于根据对应的处理结果，调节动态配料系统中对应的参量。 进一步地，还包括反馈元件和比较器，所述反馈元件连接在控制对象与比较器之 间，所述比较器与仿人逻辑预测控制器连接；其中所述反馈元件，用于将所述控制对象的 输出量反馈至比较器；所述比较器，用于将所述动态配料现场的变化量、以及控制对象的输 出量进行比较运算，得到运算结果，并将所述运算结果传送至仿人逻辑预测控制器。 进一步地，所述仿人逻辑预测控制器包括顺序连接的逻辑控制单元、控制量切换 单元和预测控制单元，以及与所述控制量切换单元连接的运行状态判断单元；并且，所述运 行状态判断单元分别与所述逻辑控制单元及预测控制单元连接；其中所述运行状态判断 单元，用于根据所述变化量，判断动态配料系统的运行状态，得到判断结果，将所述判断结 果传送至所述控制量切换单元；所述控制量切换单元，用于根据所述判断结果，在所述逻辑 控制单元和预测控制单元之间进行切换；所述逻辑控制单元，用于在动态配料系统的超调 量偏离设定值、或者在控制时间/调节时间偏离设定值时，通过最短的时间，将所述动态配 料系统带入正常运行状态；所述预测控制单元，用于在动态配料系统需要保持控制力、或者 需要克服上升/下降惯性时，根据经验值，对动态配料系统现场的噪声、干扰和/或模型失 真参数进行模型匹配。 进一步地，所述逻辑控制单元包括PID控制模块和模糊控制模块，所述PID控制 模块与模糊控制模块配合连接；其中所述PID控制模块，用于对动态配料系统进行PID控 制；所述模糊控制模块，用于在空间三维相平面引入所述PID控制的比例环节P，引进误差 零带和误差变化零带，将所述空间三维相平面进行分区，在对应区间调节P的大小；所述预 测控制单元为模型预测控制MPC。 具体地，在本实用新型中，上述"最短的时间"是和工程中的延迟现象对应的。比 如，在动态配料过程中，根据设定值，需要称重1000Kg时，最理想的状态就是打开仓门开 始卸料，秤斗开始计算称重值，如果刚好称到1000Kg满足要求，仓门关闭。但是，工程生产 中因为存在滞后，不可能那么精确；所以，就要求秤斗称重到接近1000Kg、但〈1000Kg的时 候，关闭仓门，等待空中的余料(即落差)到秤斗内的时候，计算稳定时秤斗中的最终实际 配料的值。 其中，"最短的时间"取决于传感器的精密感应程度、物料配比的合理性(包括秤斗 和仓门的距离、下料的速度、以及仓口直径的大小等)和设备(例如，储料仓和秤斗等)的 性价比。因为存在延迟，才需要利用预测控制器进行提前估算控制，以达到最好的控制效果(即使称重值能够快、稳、准地达到设定值)。 另外，在进行理论研究时，可以取不同的值，例如，可以取Ts = 3s、5s或6s等。而 在实际生产应用中，应视具体情况而定；在本实用新型中，通过设置控制器的控制策略，可 以有效地抑制延迟现象，使延迟时间回归到误差允许的范围内。 在本实用新型中，仿人逻辑预测控制器的工作原理为在动态配料系统工作时，逻 辑控制单元和预测控制单元同时工作，逻辑控制单元设置较宽的误差控制带e。，其作用是 用最短的时间将被控系统带入正常状态，暂且不管小的波动；预测控制单元的作用是利用 预测模型，将被控系统稳定在正常状态，并使控制曲线最优；控制量切换单元要选择合适的 时机，对逻辑控制单元与预测控制单元的控制信号进行切换。 本实用新型各实施例的仿人逻辑控制器及用于动态配料系统的控制装置，结合 PID控制模块和模糊控制模块结合，得到逻辑控制单元；并结合逻辑控制单元与预测控制 单元，模拟人的思维方式，考虑人在控制过程中的思维特点，让计算机来模拟人的思维，对 动态配料系统和操作员，均可满足主动开环系统、强时变系统、以及对系统的特性有一定经 验的要求，以有效解决和实现动态配料系统中系统的稳定性、快速性和准确性不能完全融 合，不能有效地抑制延迟现象，不能有效地进行误差控制，以及成本高的缺陷；使系统的稳 定性、快速性和准确性能够完全融合，能有效的抑制系统中出现的滞后现象，配料精确(称 重值趋近设定值，误差有效控制)，成本较合理，有利于实现效益最大化；具有融合性好、延 迟控制难度小、配料精确、成本合理和效益高的优点。 本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书 中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过 在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用 新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中 图1为根据本实用新型仿人逻辑控制器中逻辑控制单元的应用举例的原理示意
图； 图2为根据本实用新型仿人逻辑控制器中预测控制单元的应用举例的原理示意 图； 图3为根据本实用新型仿人逻辑控制器的应用举例的原理示意图； 图4为根据本实用新型用于动态配料系统的控制装置的结构框图； 图5为根据本实用新型用于动态配料系统的控制装置的工作流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优 选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 仿人逻辑预测控制器实施例 根据本实用新型实施例，提供了仿人逻辑预测控制器，包括逻辑控制单元、预测控制单元、运行状态判断单元和控制量切换单元，运行状态判断单元和控制量切换单元顺序 连接，控制量切换单元分别与逻辑控制单元及预测控制单元连接。 其中，运行状态判断单元，用于判断被控系统的运行状态，得到判断结果，将判断 结果传送至控制量切换单元；控制量切换单元，用于根据该判断结果，在逻辑控制单元和预 测控制单元之间进行切换；逻辑控制单元，用于在被控系统的超调量偏离设定值、或者在控 制时间/调节时间偏离设定值时，通过最短的时间，将被控系统带入正常运行状态；预测控 制单元，用于在被控系统需要保持控制力、或者需要克服上升/下降惯性时，根据经验值， 对被控系统现场的噪声、干扰和/或模型失真参数进行模型匹配。 在本实施例中，逻辑控制单元包括PID控制模块，以及与PID控制模块配合连接的 模糊控制模块；其中PID控制模块，用于对被控系统进行PID控制；模糊控制模块，用于在 空间三维相平面引入PID控制的比例环节P，引进误差零带和误差变化零带，将空间三维相 平面进行分区，在对应区间调节P的大小。 在本实施例中，预测控制单元为模型预测控制MPC。 下面结合图1-图3，对本实施例仿人逻辑预测控制器的设计基础和工作原理进行 具体说明。( — )在现有技术中，PID控制的参数变化比较敏感，不容易在线调节；模糊控制的 输出结果很难直观的观测分析。在本实施例中，结合PID控制和模糊控制的优点，沿用误差 和误差变化的模糊控制的思想，将模糊控制的二维实域拓展到空间三维相平面，以相平面 为分析工具，将控制对象在响应曲线上的运动轨迹通过相平面进行分析，同时结合PID控 制中P的特征，引进误差零带(即误差允许的范围)和误差变化零带(即误差变化允许的 范围)，用误差零带和误差变化零带将相平面进行分区，将不同的P按照区间在相平面上进 行分布，通过调节P的大小以，从而达到控制动态配料系统目的。 上述方案的具体控制策略为1(3+/-动态时影响延迟时间(K3+/_ t — tdl )， K2+影响系统的快速性上升时间(K2+ t — tr I但应小于K3+)。 1(1+/-有阻尼带作用 (K1+/- t — I I )，1(4+/-有着很强抑制超调的作用(K4- t — o I )并是控制策略中唯 一对抗干扰有直接控制效果，K2-对系统振荡次数有影响(K2- t — N I )， K0对稳态时的 高次谐波分量有影响(取值小有利于降低高次谐波分量)。在本实施例中，调节时间是多个 控制策略因素的一种组合，响应只有在各部分处于最佳状态时，调节时间才可以达到理想 状态。 通过上述控制策略，可以得出以下结论 (1)动态配料系统的主要性能指标，如超调量、鲁棒性、响应速度、上升时间和调节 时间等，可以由对应各分区内的控制作用单独调整完成，且调整方便； (2)逻辑控制对于控制对象要求不严格，可以延续模糊控制的思想，进行分段控 制； (3)抗干扰能力强，由于采用空间三维相平面分布各个参数，调整互不干扰； (4)鲁棒性强，可以延续PID控制的优点，并将比例环节P引入到空间三维相平面。 可见，采用本实施例的仿人逻辑预测控制器，可以解决工程应用中出现的性能完 全融合问题，对现场生产具有指导意义。 上述PID控制和模糊控制相结合的控制方案，可以称为逻辑控制单元，下面对逻辑控制单元的对人主动开环控制及强时变控制的进行模拟。 在图1中，包括误差及误差变化检测器11、逻辑控制单元12、执行元件13、控制对 象14和反馈元件15，输入量R(t)输入误差及误差变化检测器ll，经检测，将误差e[t]和 误差变化量feltl输入逻辑控制单元12，经逻辑控制，逻辑控制量UK依次经执行元件13和控 制对象14处理后，得到输出量C(t);进一步地，输出量C(t)经反馈元件15处理后，反馈至 误差及误差变化检测器11 ，误差及误差变化检测器11结合输入量R(t)和反馈量，进行比较 运算，得到新的输入量。进一步经逻辑控制单元12、执行元件13和控制对象14进行实时控 制。 在图1中，在对人主动开环控制及强时变控制的模拟中，出现了一些波动现象，需
要结合预测控制，进行时变优化控制，消除逻辑控制中出现的波动现象。
(二)在普遍的工业生产中，对于动态配料系统中出现的延迟现象，一般采用
Smith预估控制进行抑制，但是，这种控制对系统的波动影响很大，敏感度不够，效果不理 术巨 在本实施例中，使用预测控制来代替Smith预估控制，预测控制是算法的研究和 应用，目前最为广泛的预测控制技术为模型预测控制(即MPC)，几乎可以适应任何控制问题。 上述预测控制主要可以解决以下类型的问题(1)被控系统具有大量需要控制的 变量；(2)被控变量具有约束；(3)控制目标的改变与控制设备的失效；(4)具有时延的系 统。 在工程现场生产应用中，几乎都具备这样的特点。因此利用预测控制来处理现场
安装和调试过程的不确定因素，如噪声、干扰、模型失真等情况效果较为明显。 上述方案的具体控制策略为在线优化则是预测控制的核心，即利用已知信息，求
出时变控制作用u(k)，使输出信号和输入控制要求误差最小。 上述控制方案，可以称为预测控制单元，下面对预测控制单元的对操作员经验的 进行模拟。 在图2中，包括参考轨迹模块21、在线校正模块22、比较器23、优化计算模块24、 过程处理模块25和预测控制单元26，设定值输入参考轨迹模块21，经处理，得到k+i时刻 的参考轨迹yjk+i) ，k+i时刻的参考轨迹yjk+i)依次经比较器23、优化计算模块24和过 程处理模块25，得到k时刻的过程实际输出量y(k);其中，k+i时刻的参考轨迹yjk+i)依 次经比较器23和优化计算模块24处理，得到k时刻的优化控制量u (k) ， k时刻的优化控制 量u(k)经预测控制单元26处理，得到k+i时刻的模型预测输出量ym(k+i) ， k+i时刻的模 型预测输出量ym(k+i)经在线校正模块22反馈至比较器23;同时，k时刻的过程实际输出 量y(k)的反馈回路分为两支第一支反馈分量反馈至参考轨迹模块21，第二支反馈分量反 馈至在线校正模块22。 参考轨迹模块21结合设定值和上述第一支反馈分量进行处理，得到新时刻的参 考轨迹；在线校正模块22结合k+i时刻的模型预测输出量ym(k+i)和过程实际输出量y(k) 的第二支反馈分量进行处理，得到k+i时刻考虑到反馈校正作用时的预测输出量yp(k+i); 比较器23结合参考轨迹模块21处理所得新时刻的参考轨迹、以及在线校正模块22处理所 得k+i时刻考虑到反馈校正作用时的预测输出量yp(k+i)，进行比较运算处理，再依次经优化计算模块24和过程处理模块25进行实时控制。(三)下面结合逻辑控制单元和预测控制单元的特征，对仿人逻辑预测控制器的 特点和工作原理进行说明。 仿人逻辑预测控制器的基本特征逻辑控制单元和预测控制单元都属于主动时变 控制，满足仿人思维的三个特点；二者的结合，是对人的控制思维特点的较全面模拟。 其中，人工处理的思维是指有经验的操作员在被控系统超出极限、甚至处于危险 时，会毫不犹豫的切断某些重要通路，而在被控系统工作处于正常范围时则依照经验控制， 使波动尽量小。被控系统在正常区间运行平稳，突发事件瞬间切换，能够确保被控系统安 全，模型失配时(保证被控参数在稳定性前提下，参数的变化)也能保证满意运行。 上述处理方案也许不是全局最优的，但可以在确保强鲁棒性基础上的局部最优， 这样一种策略对于某些工业控制至关重要。 在本实施例中，仿人逻辑预测控制漆的工作原理是在被控系统工作时，逻辑控制 单元和预测控制单元同时工作，其控制输出量分别为K(t)和U(t)。逻辑控制单元设置较宽 的误差控制带e。，其作用是用最短的时间将被控系统带入正常状态，暂且不管小的波动。预 测控制单元的作用是利用预测模型，将被控系统稳定在正常状态，并使控制曲线最优。控制 量切换单元要选择合适的时机，对逻辑控制单元与预测控制单元的控制信号进行切换。 具体而言，当被控系统远离正常状态，即通过运行状态判断单元，判断被空系统的 运行状态，当被控系统的运行状态为系统性能指标"正超调量"(K4+)、系统性能指标"负超 调量"(K4-)、系统性能指标"延迟时间"(K3+)或系统性能指标"超前时间"(K3-)时，控制量 切换单元将控制信号切换到逻辑控制单元；当被控系统运行在设定值附近需要克服下降惯 性(Kl+)，运行在设定值附近需要克服上升惯性(Kl-)，或保持控制力、影响终值大小(K0) 时，控制量切换单元将控制信号切换到预测控制单元，此时相当于师傅的经验开始起作用。 上述采用逻辑控制单元与预测控制单元相结合的控制结构，充分利用了逻辑控制 对模型匹配要求极低的特点，在模型失配的情况下仍然能取得满意效果，而在模型匹配情 况下取得最优效果。本实施例仿人逻辑预测控制器的本质是时变开环控制加闭环校正控 制，其物理概念清晰，系数整定方便，是将人的思维控制方式融合到模型中的结果。 在图3中，包括第一比较器31、运行状态判断单元32、逻辑控制单元33、滚动优化 模块34、控制量切换单元35、控制对象36、预测模型37和第二比较器38，输入量R(t)输 入第一比较器31，经第一比较器31处理后，分为两路一路依次经运行状态判断单元32和 逻辑控制单元33处理，得到逻辑控制量K (t);另一路经滚动优化模块34处理，得到优化量 U(t);逻辑控制量K(t)和优化量U(t)均输入控制量切换单元35，经控制量切换单元35处 理后，分为两路一路经控制对象36处理，得到输出量Y(t)，输出量Y(t)分别反馈至第一 比较器31和第二比较器38 ;另一路经预测模型37处理后，反馈至第二比较器38 ;第二比较 器38结合输出量Y(t)的反馈量、以及预测模型37的反馈量进行处理，第二比较器38所得 处理量中预测值反馈至滚动优化模块，预测误差e也反馈至滚动优化模块34。 第一 比较器31结合输入量R (t)、以及输出量Y (t)的反馈量进行处理，再依次经运 行状态判断单元32、逻辑控制单元33处理，得到新的逻辑控制量；滚动优化模块34结合第 一比较器所得新的处理量、以及第二比较器输出的预测值及预测误差e进行处理，得到新 的优化量；控制量切合单元35结合逻辑控制单元32所得新的逻辑控制量、以及滚动优化模块34所得新的优化量进行处理，再经控制对象36进行实时控制。 棚驟輔你l 根据本实用新型实施例，提供了用于动态配料系统的控制装置。如图4所示，本实 施例包括传感器41、仿人逻辑控制器43、控制对象44、反馈元件45和比较器42，传感器 41、仿人逻辑控制器43和控制对象44顺序连接，反馈元件45连接在控制对象44与比较器 42之间，比较器42与仿人逻辑预测控制器43连接。 其中，传感器41，用于实时采集动态配料现场的变化量；仿人逻辑控制器43，用于 根据该变化量，进行逻辑控制和预测处理，得到对应的处理结果；控制对象44，用于根据对 应的处理结果，调节动态配料系统中对应的参量；反馈元件45，用于将控制对象44的输出 量反馈至比较器42 ;比较器42，用于将动态配料现场的变化量、以及控制对象44的输出量 进行比较运算，得到运算结果，并将该运算结果传送至仿人逻辑预测控制器43。 进一步地，在本实施例中，仿人逻辑预测控制器43包括顺序连接的逻辑控制单元 4304、控制量切换单元4302和预测控制单元4303，以及与控制量切换单元4302连接的运行 状态判断单元4301 ;并且，运行状态判断单元4301分别与逻辑控制单元4304及预测控制 单元4303连接。 在本实施例中，运行状态判断单元4301，用于根据变化量，判断动态配料系统的 运行状态，得到判断结果，将判断结果传送至所述控制量切换单元4302;控制量切换单元 4302，用于根据判断结果，在逻辑控制单元4304和预测控制单元4303之间进行切换；逻辑 控制单元4304，用于在动态配料系统的超调量偏离设定值、或者在控制时间/调节时间偏 离设定值时，通过最短的时间，将动态配料系统带入正常运行状态；预测控制单元4303为 模型预测控制MPC，用于在动态配料系统需要保持控制力、或者需要克服上升/下降惯性 时，根据经验值，对动态配料系统现场的噪声、干扰和/或模型失真参数进行模型匹配。 在本实施例中，逻辑控制单元4304包括配合连接的PID控制模块和模糊控制模 块，其中，PID控制模块，用于对动态配料系统进行PID控制；模糊控制模块，用于在空间三 维相平面引入所述PID控制的比例环节P，引进误差零带和误差变化零带，将该空间三维相 平面进行分区，在对应区间调节P的大小。 在本实施例中，仿人逻辑预测控制器43的设计基于仿人思想，即能够模拟人的 思维方式，考虑人在控制过程中的思维特点，并让计算机来模拟人的思维；能够满足动态配 料系统和操作员对主动开环系统、强时变系统、以及对系统的特性有一定经验三方面的要 求。 在本实施例中，仿人逻辑预测控制器43的工作原理请参照以上所述仿人逻辑控 制器实施例的相关说明，在此不再赘述。 进一步地，在图5中，提供了根据本实用新型上述实施例用于动态配料系统的控 制装置的工作流程示意图，该工作流程具体包括如下步骤 步骤501 :在动态配料系统工作时，实时采集动态配料现场的变化量； 步骤502 :根据步骤501采集所得变化量，判断动态配料系统的运行状态； 具体地，当动态配料系统的超调量偏离设定值、或者在控制时间/调节时间偏离 设定值时，执行步骤503 ;当动态配料系统需要保持控制力、或者需要克服上升/下降惯性 时，执行步骤504 ;[0083] 步骤503 :切换到逻辑控制单元，通过最短的时间，将动态配料系统带入正常运行 状态；之后，执行步骤505; 步骤504 :切换到预测控制单元，根据经验值，对动态配料系统现场的噪声、干扰
和/或模型失真参数进行模型匹配；之后，执行步骤505 ; 步骤505 :调节动态配料系统中对应的参量，执行步骤506 ; 步骤506 :实时反馈动态配料系统中控制对象的输出量，执行步骤507 ; 步骤507 :结合步骤501采集所得变化量、以及步骤506反馈所得输出量，进行比
较运算；之后，执行步骤508 ; 步骤508 :根据步骤507所得运算结果，切换到逻辑控制单元或预测控制单元，进 行对应的处理；之后，执行步骤509 ; 具体地，当该结果为动态配料系统的超调量偏离设定值、或者在控制时间/调节 时间偏离设定值时，切换到逻辑控制单元，将动态配料系统带入正常运行状态；当该结果为 动态配料系统需要保持控制力、或者需要克服上升/下降惯性时，切换到预测控制单元，根 据经验值，对动态配料系统现场的噪声、干扰和/或模型失真参数进行模型匹配； 步骤509 :根据步骤508所得处理结果，调节动态配料系统中对应的参量。 经上述步骤501-步骤509，可以完成动态配料系统的一次控制。 综上所述，本实用新型各实施例的仿人逻辑控制器及用于动态配料系统的控制装 置，结合PID控制模块和模糊控制模块结合，得到逻辑控制单元；并结合逻辑控制单元与预 测控制单元，模拟人的思维方式，当动态配料系统的超调量偏离设定值、或者在控制时间/ 调节时间偏离设定值时，切换到逻辑控制单元，将动态配料系统带入正常运行状态；当动态 配料系统需要保持控制力、或者需要克服上升/下降惯性时，切换到预测控制单元，根据经 验值，对动态配料系统现场的噪声、干扰和/或模型失真参数进行模型匹配；能有效的实现 和解决以上工业生产中出现的几个问题(l)系统的稳定性、快速性和准确性能够完全融 合；(2)能有效的抑制系统中出现的滞后现象，如混凝土搅拌系统中，水平皮带运输物料、 拉斗升降、开闭合仓门和称量斗的过程中都会出现延迟现象；(3)配料精确，称重值趋近设 定值，误差有效控制，成本合理化，效益最大化。 最后应说明的是以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本 实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员 来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征 进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均 应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求仿人逻辑预测控制器，其特征在于，该控制器包括顺序连接的逻辑控制单元和预测控制单元，其中所述逻辑控制单元，用于在被控系统的超调量偏离设定值、或者在控制时间/调节时间偏离设定值时，通过最短的时间，将所述被控系统带入正常运行状态；所述预测控制单元，用于在被控系统需要保持控制力、或者需要克服上升/下降惯性时，根据经验值，对被控系统现场的噪声、干扰和/或模型失真参数进行模型匹配。
2. 根据权利要求1所述的仿人逻辑预测控制器，其特征在于，该控制器还包括顺序连 接的运行状态判断单元和控制量切换单元，并且，所述控制量切换单元分别与所述逻辑控 制单元及预测控制单元连接；其中所述运行状态判断单元，用于判断被控系统的运行状态，得到判断结果，将所述判断结 果传送至所述控制量切换单元；所述控制量切换单元，用于根据所述判断结果，在所述逻辑控制单元和预测控制单元 之间进行切换。
3. 根据权利要求1或2所述的仿人逻辑预测控制器，其特征在于，所述逻辑控制单元包 括PID控制模块，以及与所述PID控制模块配合连接的模糊控制模块；其中所述PID控制模块，用于对被控系统进行PID控制；所述模糊控制模块，用于在空间三维相平面引入所述PID控制的比例环节P，引进误差 零带和误差变化零带，将所述空间三维相平面进行分区，在对应区间调节P的大小； 所述预测控制单元为模型预测控制MPC。
4. 用于动态配料系统的控制装置，其特征在于，包括顺序连接的传感器、仿人逻辑控制 器和控制对象，其中所述传感器，用于实时采集动态配料现场的变化量；所述仿人逻辑控制器，用于根据所述变化量，进行逻辑控制和预测处理，得到对应的处 理结果；所述控制对象，用于根据对应的处理结果，调节动态配料系统中对应的参量。
5. 根据权利要求4所述的用于动态配料系统的控制装置，其特征在于，还包括反馈元 件和比较器，所述反馈元件连接在控制对象与比较器之间，所述比较器与仿人逻辑预测控 制器连接；其中所述反馈元件，用于将所述控制对象的输出量反馈至比较器；所述比较器，用于将所述动态配料现场的变化量、以及控制对象的输出量进行比较运 算，得到运算结果，并将所述运算结果传送至仿人逻辑预测控制器。
6. 根据权利要求4或5所述的用于动态配料系统的控制装置，其特征在于，所述仿人逻 辑预测控制器包括顺序连接的逻辑控制单元、控制量切换单元和预测控制单元，以及与所 述控制量切换单元连接的运行状态判断单元；并且，所述运行状态判断单元分别与所述逻 辑控制单元及预测控制单元连接；其中所述运行状态判断单元，用于根据所述变化量，判断动态配料系统的运行状态，得到判 断结果，将所述判断结果传送至所述控制量切换单元；所述控制量切换单元，用于根据所述判断结果，在所述逻辑控制单元和预测控制单元 之间进行切换；所述逻辑控制单元，用于在动态配料系统的超调量偏离设定值、或者在控制时间/调 节时间偏离设定值时，通过最短的时间，将所述动态配料系统带入正常运行状态；所述预测控制单元，用于在动态配料系统需要保持控制力、或者需要克服上升/下降 惯性时，根据经验值，对动态配料系统现场的噪声、干扰和/或模型失真参数进行模型匹 配。
7.根据权利要求6所述的用于动态配料系统的控制装置，其特征在于，所述逻辑控制 单元包括PID控制模块和模糊控制模块，所述PID控制模块与模糊控制模块配合连接；其 中所述PID控制模块，用于对动态配料系统进行PID控制；所述模糊控制模块，用于在空间三维相平面引入所述PID控制的比例环节P，引进误差 零带和误差变化零带，将所述空间三维相平面进行分区，在对应区间调节P的大小； 所述预测控制单元为模型预测控制MPC。
专利摘要本实用新型公开了仿人逻辑控制器及用于动态配料系统的控制装置，其中，该控制器包括顺序连接的逻辑控制单元和预测控制单元，其中所述逻辑控制单元，用于在被控系统的超调量偏离设定值、或者在控制时间/调节时间偏离设定值时，通过最短的时间，将所述被控系统带入正常运行状态；所述预测控制单元，用于在被控系统需要保持控制力、或者需要克服上升/下降惯性时，根据经验值，对被控系统现场的噪声、干扰和/或模型失真参数进行模型匹配。本实用新型所述控制器及控制装置，可以克服现有技术中融合性差、延迟控制和误差控制难度大、以及成本高等缺陷，以实现融合性好、延迟控制难度小、配料精确、成本合理和效益高的优点。
文档编号G05B19/04GK201477408SQ200920175879
公开日2010年5月19日 申请日期2009年8月31日 优先权日2009年8月31日
发明者张伟, 欧志新, 闫军, 马殷元 申请人:兰州交通大学