基于PLC的模糊PID控制在電梯上的應(yīng)用

張鳳強(qiáng) 張 穎 張 丹 沈陽建筑大學(xué)信息與控制工程學(xué)院

本文將模糊控制與PID控制結(jié)合起來，通過先進(jìn)的PLC可編程控制器來實(shí)現(xiàn)，完成基于PLC的模糊PID電梯控制系統(tǒng)，并通過計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其控制性能好，響應(yīng)快，過渡時(shí)間短的特點(diǎn)。

PLC；電梯系統(tǒng)；模糊PID控制

引言

傳統(tǒng)的PID控制策略針對(duì)于時(shí)變系統(tǒng)，即當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)難以較快適應(yīng)控制系統(tǒng)，最終不能較好達(dá)到預(yù)期效果。本文在PID控制的基礎(chǔ)上加入模糊控制，對(duì)其參數(shù)進(jìn)行模糊化處理，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。

1. 模糊PID控制器

模糊PID控制器[1]就是將模糊控制器與PID控制器結(jié)合起來，對(duì)PID的輸入?yún)?shù)進(jìn)行模糊自適應(yīng)處理，這樣相比于單獨(dú)的模糊控制器，可以提高靈敏度，減少響應(yīng)時(shí)間，及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)，削弱外界信號(hào)的干擾，更好地適應(yīng)系統(tǒng)的不確定性和復(fù)雜性，具體的控制原理如圖1所示。

2.模糊控制算法的PLC實(shí)現(xiàn)

模糊控制器的核心是模糊控制算法，該算法是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程和操作人員的經(jīng)驗(yàn)來完成模糊控制規(guī)則表，然后按照模糊推理規(guī)則得出相應(yīng)的控制量，再經(jīng)過在線反復(fù)的調(diào)試和修改，最后得到模糊控制表。如表1所示。

圖1 模糊PID控制系統(tǒng)圖

以PID的三個(gè)參數(shù)KP，Ki，Kd為輸出變量，關(guān)于KP，Ki，Kd相應(yīng)的模糊變量子集為{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，KP論域?yàn)閧-0.3,0.3}，Ki論域?yàn)閧-0.06,0.06},Kd論域?yàn)閧-3,3}。經(jīng)過復(fù)雜的處理及現(xiàn)場調(diào)試，最終得到關(guān)于三個(gè)輸出參數(shù)模糊控制規(guī)則表。此處以KP為例進(jìn)行闡述。

為實(shí)現(xiàn)PLC控制，本文采用查表法，為方便程序設(shè)計(jì)，將{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}轉(zhuǎn)化為{0，1,2,3,4,5,6}，在將轉(zhuǎn)化后的表2-1，表2-2，表2-3內(nèi)元素按從上到下，從左到右的順序逐個(gè)存入MD0-MD146中，Ec存入MD147中，E存入MD148中，本文設(shè)定模糊控制變量的基礎(chǔ)地址是100，人為舍得偏移量是Ec×5＋E，最終可得到控制量的地址為100＋Ec×5+E。

3.電梯系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

電梯的初始化程序主要功能是在電梯的安裝和電梯發(fā)生故障后來確定電梯?？课恢?，在電梯發(fā)生故障后，啟動(dòng)初始化程序，使電梯向下運(yùn)行至限位開關(guān)處，然后停止運(yùn)行，再打開上行接觸器，使電梯向上運(yùn)行至1層的上平層信號(hào)處，此時(shí)斷開上行接觸器，電梯停止運(yùn)行并發(fā)出準(zhǔn)備就緒信號(hào)，初始化程序結(jié)束[2]。相關(guān)流程圖程序如圖2所示。

圖2 初始化流程圖

表1 模糊控制規(guī)則表

4.電梯轎廂與開關(guān)門控制程序

4.1 電梯轎廂向上運(yùn)行

電梯轎廂運(yùn)行時(shí)要先判斷其運(yùn)行趨勢，電梯轎廂的運(yùn)行趨勢與某層（非呼梯最高層）呼梯的方向（上或下）相同時(shí)，電梯轎廂才會(huì)停止在該層。以最高為6層的電梯，轎廂處于1層為例，當(dāng)2層有向上呼梯，5層有向上呼梯，則電梯轎廂依次停在2層和5層，而當(dāng)2層有向下呼梯，5層有呼梯信號(hào)時(shí)，電梯轎廂會(huì)先上升到5層，此時(shí)經(jīng)過2層時(shí)電梯轎廂不停止。

4.2 電梯轎廂向下運(yùn)行

電梯轎廂向下運(yùn)行的原理與向上運(yùn)行原理基本一致，同樣以最高為6層的電梯，轎廂處于6層為例，此時(shí)當(dāng)5層有向下呼梯信號(hào)，2層有呼梯信號(hào)，電梯轎廂會(huì)依次停在5層和2層，而當(dāng)5層有向上呼梯信號(hào)，2層有呼梯信號(hào)時(shí)，電梯轎廂會(huì)先下降的2層，此時(shí)經(jīng)過5時(shí)，電梯轎廂不停止。

4.3 開關(guān)門控制程序

電梯轎廂的開關(guān)門控制程序要做的很細(xì)致，將每一個(gè)關(guān)系到開關(guān)門的信號(hào)都要考慮進(jìn)去，否則會(huì)很容易發(fā)生故障。

5. 仿真實(shí)驗(yàn)

仿真實(shí)驗(yàn)采用E-Elevator仿真軟件，WINCC界面組態(tài)軟件和西門子 S-1200控制器，首先將程序下載到控制器中，并開始運(yùn)行，在E-Elevator仿真軟件中可看到電梯按照預(yù)設(shè)的要求進(jìn)行運(yùn)行，從視覺上觀察其工作狀態(tài)，我們可以通過組態(tài)軟件WINCC可以清楚的進(jìn)行電梯的內(nèi)部呼梯，外部呼梯，電梯調(diào)試，電梯參數(shù)修改，從而觀察電梯的內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)。

6. 結(jié)論

通過模糊PID控制電梯系統(tǒng)的仿真運(yùn)行效果可以看出，系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性，電梯在運(yùn)行過程中完全按照預(yù)設(shè)的路線和速度工作，可以大大提高乘客的舒適度。

結(jié)果表明，電梯控制系統(tǒng)使用模糊 PID控制策略以后很有效的提高了系統(tǒng)的適應(yīng)能力和魯棒性，改善了系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)，相對(duì)PID控制來說控制效果更加令人滿意。

[1]楊玉杰. 基于PLC的模糊PID電梯控制系統(tǒng)研究[D]. 天津:天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院,2013.

[2]周樺. 電梯PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 成都:電子科技大學(xué),2012.

張鳳強(qiáng)（1993-），男，沈陽建筑大學(xué)學(xué)生，電氣工程及其自動(dòng)化