淺談模糊控製理論在（zài）拋丸機過程控製中的應用

摘 要：根據模糊控製理論，分析噴丸機的運行過程（chéng）。通過模糊控製（zhì）算法達到全 自動控製，可以有效地進行 自動 運行提高生產效率。
關鍵字：噴丸機（jī） 智能控製理論 模糊控製（zhì） 自動控製 中圖分（fèn）類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1672―1152 2014 06―0062―03

1 拋丸機概述

鋼管內（nèi）、外壁（bì）清理線係利用拋丸器高速彈丸流束對旋轉的鋼管外壁進行拋丸清理，而後又對其內壁進行噴丸清理，清除鋼管內、外壁的氧化層與附著（zhe）物（wù），使之獲得均勻精細的潔淨表麵（miàn），顯露（lù）鋼管基（jī）材色。 清理線適用於鋼種為（wéi）高溫耐蝕合金、馬氏體、奧氏體及雙相不鏽鋼鋼管的外、內氧化皮清（qīng）理（lǐ）。本清理線的布置為先外拋後（hòu）內噴，鋼管外壁拋丸清理機和鋼管內壁噴丸清理機（jī）作為整套連線設備，實現整線亦可分別獨立使（shǐ）用。

2 機器結構

本機主要由輸送輥道、清理室、拋丸（wán）器、彈丸循環係統、平台和電氣控製（zhì）等組成，配套設備為除塵係統。

2．1 輸送輥道

本輸送輥道主要由室外輥子（zǐ） 入端與出端 、室內（nèi）輥（gǔn）子、輥子支架 、主室輥子支架以及單輥空心軸（zhóu）平（píng）行軸斜齒輪減速器獨立驅動等部件組成。采用單槽整體V形錐輥以保證鋼管在前進時又能自轉。

輸送速度根據變（biàn）頻調速，實現工件輸送與拋丸清理速度隨意設定與靈活使用。

2．2 清理室（shì）

清理室（shì）為板式箱形組焊結構，它主要由清理室體、清理室護板、檢修門 3個 以及上、下密封（fēng）簾等件組成。

清理室頂部偏離實體中心 20mm處沿工件運行方向布置 3台QY一30型拋丸（wán）器，實施對旋轉與前進的鋼（gāng）管周表全方位拋射清理。清理室上設有出風口，與除塵（chén）器管道連接。


2．3 拋（pāo）丸器。 外拋機（jī）頂配置3台高效節能型 QY一30型拋丸器 ，它是（shì）機器的心髒部件，其（qí）性能直接決（jué）定了（le）拋丸（wán）的清理質量與效率（lǜ）以及使用（yòng）壽命與維修費用 ，因此，對此部件要給予足夠的維護保養重視。


2．4 彈丸循環（huán）係統
2．4．1 分離（lí）器的工作原理與（yǔ）結構組成

分離器是拋丸設備的重（chóng）要功能部件之一，其功能是（shì）將可繼續使用彈丸（wán）從循環運（yùn）行的混合彈丸（wán）流中分離出來，分離出的彈丸再次投人使用以分離出雜物。分離 器主要由分離殼、篩網、彈丸（wán）閘門管組成。
2．4．2 分（fèn）離器調整（zhěng）與（yǔ）使（shǐ）用
分離效果好壞直接影（yǐng）響機器的清理質量與效 率，使用時應確保適用（yòng）的、清（qīng）潔的彈丸流入拋丸器。 每天檢查分離效果（guǒ）、分離區物料流幕的厚度及其均 勻性、風速，並作相應的調整。
1 ）分離效（xiào）果判斷（duàn）：分離後彈丸（wán）中含（hán）有灰塵和（hé）細（xì）碎彈（dàn）丸太多，原因是調節板張口間隙（xì）不當或風量不足；廢（fèi）料管流出有較多可繼續使用的合格彈丸，原因 是廢料調節板張 口間隙不當或風量過大。 件組成。
2 ）提升機：由擺線針輪減速機、皮帶輪、皮帶、料 鬥、上（shàng）殼、中殼和下殼、中殼蓋與下殼（ké）蓋以及拉板、螺栓組（zǔ）合的張緊裝（zhuāng）置組成。提升機的下端進料 口與螺旋輸送器相連，上端出料 口直接與分離器相連。工作時，固（gù）定在皮帶上的料鬥將（jiāng）提升機（jī）底部（bù）的丸料刮起（qǐ）， 然後在提升機擺線針輪減速機驅動下，將丸料提升至提升機頂部 ，較（jiào）後靠離心重（chóng）力方式落料，將丸料直接送（sòng）入分離器裏。


3 控製過程說明

鋼管被堆（duī）放在上（shàng）料支架上，由（yóu）人工將其排列整齊，視待清理鋼管管徑不同（tóng），可通過電動（dòng）推杆的調節擋塊換型，再靠氣缸驅動的撥叉裝置將適宜的鋼管撥送到鋼管外壁（bì）清理機人端V形輸送輥道上。鋼管（guǎn）靠傾斜 V型皮、鏽層及（jí）異物迅速脫（tuō）落，顯露出金屬本色。工件在鋼管外壁（bì）拋丸（wán）清理機內被（bèi）清（qīng）理好後，通過輥道被輸送出清理機的出端輥道上。


清理過程中，撒落下來的丸塵混合物料經清理（lǐ）室內的帶孔底護板流入下部螺（luó）旋輸送器 ，再由輸送器輸送匯集於提升機下部，再提升到機器（qì）上部的分離器裏，分離後的好彈丸落人料鬥內供拋丸器（qì）循環使用，彈丸自動（dòng）進入清理室內拋射（shè）區時，邊（biān）前進邊旋轉的鋼管圓周外表連續不斷地接（jiē）受三台拋丸機縱（zòng）向拋出（chū）的高速彈丸（wán）流（liú）束的打擊與摩擦（cā），使之氧化； 清理（lǐ）中（zhōng）產生的塵埃（āi），由抽風管送向除塵係統，淨化處理後的淨氣排人大氣中，顆粒狀塵埃被捕捉收集 。

設備在運行過程（chéng）當中通過人員對要求進行（háng）作業（yè）的不同規（guī）格的鋼管進（jìn）行作業，按照要求對相應規格的參數進行人為的輸入進行（háng）確認。對於不同規格的鋼管通過變頻器進行自適應調節。

4 PID控製算法
4．1模糊PID控製算法

模糊（hú）PID控製算法是對轉速偏差和轉速偏差率（lǜ）兩個輸人量進行（háng）模糊化處理，得到模糊量，然後按照模糊推理規則，計算得到PID三個控製參數的模糊控製量後 ，把模糊控製量去模 糊處理變為實際可 以利用的 PID參數。該算法主要由參數 增量式 PID算法和模糊推理 係統兩部分構（gòu）成。增量式PID 算法實現（xiàn）對係統的控（kòng）製，模糊 推理係統以轉速偏差e 和（hé）轉 速偏（piān）差率 ec作為輸入（rù） ，采用 模（mó）糊推理（lǐ）的方法對 PID參數 Kp、Ki、Kd進行在線整定 ，以 滿足不同的偏差 e和偏差率 ec對控製器參數 的不 同要 求。

4．2 模糊推理
有（yǒu）輸入量E、 和輸出量 AK。、AKi、A ，根據 設備原有參數設計 ，根據供丸閥開口的程度（dù）會通過三角皮（pí）帶連接電機 ，以電流的形式將流量反饋到操作台顯示屏幕上。通過傳感器檢測到的成品鋼管的尺寸，自動變換（huàn）供丸閥開口程度 ，在不超過保護電路下限值的情況下進行（háng）作業。

4．3 參數修正
參數修正包括輸出（chū）量 △ 、△Ki、AK 的模糊決策和PID參數的整定。係統采用加權平均算法對輸出量模糊化處理，將（jiāng）模糊的（de）輸出量轉換成精確量 ， 對PID控（kòng）製參數進行補償；PID參數整（zhěng）定則是根據 模（mó）糊決策所得精確輸出結果與設定的PID控製（zhì）參數 進行加權運算，得出較佳的PID控製參（cān）數，通過增量式（shì）PID控製算法調整 PWM波的占空比，輸出PWM波經驅動單元實現（xiàn）電機的驅（qū）動。

4．4 采用增量式PID算法

采（cǎi）用增量（liàng）式PID控製PWM波占空比，不需要對誤差進行累加，可以避免計算溢出，防止積分飽和。能夠通過（guò）加權處理而（ér）獲得（dé）比較好的控製效果。模糊算法如下式表（biǎo）達：

由（yóu）於電機模型的非線性，常需要對PID控製參 鋼管通 數進行實時調整，所以通（tōng）用的PID算法難以實現高（gāo） 精度的（de）控製，因此使用模糊算法對PID控製的參數進行同步調整，可以取得較好的控製效果I3]。


5 三相異步電動機（jī）調速仿真模型

MATLAB軟件中異步電動機調速仿真框（kuàng）如圖（tú） 1 所示，各個模塊的建立和參（cān）數設置如下（xià）：


圖1 異步電機閉環調壓調速仿真（zhēn）示意圖
1、電源電壓大小（xiǎo）設置為220V，相位相差 120。， 頻（pín）率50Hz。
2 晶閘管三相交流調壓器的建（jiàn）模如圖2所示，參 數設置為阻抗 2e～，正向電壓 lV，感抗和初始電流均 為 0。
圖2 晶閘管三相交流調壓器仿真模型（xíng） 3 同步6脈（mò）衝觸發器的建模參數設置為：電機類 管長度必須嚴格按照（zhào）較小長度 2．5m以上進行作業。 型為鼠籠式（shì）電機，頻率 50Hz，電壓的有效值 380V， 2 對於內噴（pēn）砂（shā）設備，由於設備處於半封存狀態， 轉子 0．452e～。
4 控製電路（lù）的有關參數設置：速度反饋（kuì）係數設（shè） 備進行恢複。噴砂箱附近的AC4000氣動三（sān）聯件的（de） 為3O，pi；調節器的參數設置分別為：Kp一30； 300； 建議壓力為0．6MPa，設備調試人員給出的參數建 上下限幅值（zhí）為[18o，一1801；限幅器限幅值為[180，30]。
需要（yào）注意的一點是，為了得到比較複雜的給定 設備調試過程（chéng）當中出現早期殘留鋼丸結塊的現 轉速信號，這裏采用了將簡單信（xìn）號源組合的（de）方法，將 象，造成噴砂加濃閥 風砂混合（hé）裝置 阻塞、噴槍出砂 兩個階（jiē）躍信號疊加組成輸入（rù）信號。此處階躍輸入信 量較小的現象，對於此現象的處理方（fāng）式為整體拆卸 ， 號 step的階躍時間設為0，初值設為（wéi）0，終值設（shè）為 進（jìn）行疏導作業。後期在試生（shēng）產作業中（zhōng）出（chū）現管內（nèi）鋼（gāng）丸 100，采樣時間（jiān）設（shè）為2s；
5 係統的仿真參數設置如下：仿真所選的算法（fǎ） 試車 ，設備恢複正常，按照設備維護（hù）說明建議更換。 為（wéi） ode23tb；仿真 Starttime設為 0，Stoptime設為4，其（qí）他為默認值。


圖4所示為交（jiāo）流調壓調速係統的（de）給定轉速和實際轉速曲線。從仿真結果可以（yǐ）看出：在穩態時，仿真係統的實際速度能（néng）實現對給定速度的良好跟蹤（zōng）；在過渡過程中，仿真係統的實際速度對階躍給定信號的追蹤有（yǒu）一定的偏差。從圖中所示（shì）結果可以預見，實（shí）際速（sù）度對斜波給定信號的跟蹤是比較穩定的，達到了設計要求。

6 運行過程中控製理論的實際應用

1 外噴砂（shā）部分設備，構成主體：上料和（hé）外噴兩部分。
設備的設計運（yùn）行原理是按照類目地點附近並行排列的兩排限位開關實現的。對於設備上料部分，由扇（shàn）形擋料裝（zhuāng）置 狀態由電動推杆進行維持 以（yǐ）及訂料裝置由兩台200mmx120mm氣缸進行作業。對於不同的規格（gé）的管子進行 自動運（yùn）行作業時，需要對擋料裝 置的傾斜角度進行調整。在 自動運（yùn）行（háng）的（de）情況下，外拋（pāo）需（xū）要設備製造（zào）商人員以（yǐ）及作業區人員對內拋相（xiàng）關設 議所有（yǒu）氣動三聯件的壓強均穩定在0．6MPa。 階躍信號 step1階躍時間設 殘留的現象，空氣油水濾清器內的銅濾芯阻塞，致使 為2s，初值設為0，終值設（shè）為50，采樣時間設為（wéi）2S。 主氣源提供的氣壓不符合作業要求，銅濾芯清洗後 由於外部環境以（yǐ）及設備內部的結構，防止空（kōng）氣中起 泵時攜帶的水分造成設備內部鋼丸結塊（kuài），建議每兩周（zhōu）進行自動循環（huán），現已根據氣候原因頻率更改為（wéi）每 周進行（háng）一次 自動設備操（cāo）作循環。
圖4 轉速仿真結果（guǒ）

7 結（jié）語 根據（jù）模糊控製理論的相關內容，結合設備的使用（yòng）條件 ，可以有效地評估並處理相關問題項，對於保 證設備安全平穩的運行有促進作用。

參考文獻 [1] 徐雙文，魏世川．自動控製技術在拋丸（wán）機中（zhōng）應用 [JJ_一重技術， 2006 2 ：49―5O．
[2] 蒲洪彬，許（xǔ）陽釗（zhāo），李偉光，等．基於機器人的拋丸機 自動等．基於機器人（rén）的拋丸機 自動化（huà）生產 線構造[J]．機床與液壓 ，2010 12 ：7―10． [3] 夏劍敏，許力（lì）．車輛祠架加丸除塵機智能控製的實現（xiàn）[Jj_上海鐵 道科技，2005 1 ：22―23