1 引言
织物的外观会受到染色质量好坏的影响, 因此在工业化生产过程中要严格控制织物的染色过程。影响染色效果的因素有很多, 主要是:浓度、染液温度、时间。其中温度是影响染色效果的最重要因素之一[1], 而温度控制又是一个很重要而复杂的控制过程。
2 系统介绍
染缸是主要控制对象。在高温高压染色时, 压力检测组件测量染缸内压力。当压力不足时自动打开压缩空气进气阀。送入压缩空气, 直至压力达到设定值, 将进气阀关闭。在升温过程中压力过高时排压阀打开自动排气, 使压力不超过上限。染缸温度由铂电阻温度计测量, 经变送器输入微机A/D接口, 微机经过调节算法运算后, 由D/A接口经过执行机构控制蒸汽阀门的开度。改变送入换热器的蒸汽量, 使染液的温度变化斜率符合编程设定的升温斜率。在降温阶段, 送入冷却水冷却。使温度变化曲线满足工艺要求。一般在温度小于87℃左右时, 系统才被允许开盖操作以保证安全生产。
3 温度对象的特性
染液等效为热交换器, 总传热系数为升温时, 染液吸收的热量为Q1=a2A (θv-θ) ;降温时, 冷却水带走的热量为Q2=K2A (θ-θu) (a1是管内传热系数;a2是管外对流传热系数;K是总传热系数, A是换热面积;θv是蛇管内的平均温度;θ是染液温度;θu为冷却水温度) ;染液一部分热量散失到周围环境中, 散失的热量即:Q3=K3 (θ-θa) (K3是与染缸尺寸和通风情况有关的系数, θa是环境温度)
高温高压染色机温度对象动态特性[2]为
4 模糊控制器的编辑与存储
系统仿真中使用Matlab/simulink的模糊推理系统工具箱。FIS系统的规则语句可根据模糊控制器设计的输出变量控制规则表全部直接写出。
在FIS编辑器的里面设置两个输入和输出的论域, 即θ, △θ和Kp的论域, 并保存文件名为WENKONG.fis。
4.1 编辑规则表:
为了实现在线调整比例系数引入模糊推理机构。选择染液温度θ和温度偏差△θ来作为输入量, 比例系数作为输出量。将θ、△θ和Kp的模糊控制表在规则观察器编辑[3]。规则观察器以非常详细的方式给出了模糊推理系统的一种微观视角, 可以通过观察器建立模糊控制查询表。
4.2 控制器在Simulink环境下的仿真:
根据参数在线自校正模糊控制系统结构图, 在Matlab仿真平台下的Simulink环境下的建造出如图4-6所示的染色过程温度智能控制系统的仿真结构图形[4], 并选取好各个模块的参数, 将其文件名取为WEN.mdl。
4.3 运行结果观察与分析
选择菜单Simulation/Simulation Parametem对仿真参数进行设置, 选择菜单Simulation/Star, 开始仿真, 然后双击Scope和Scope1观察曲线图像, 仿真图像:
横轴代表时间, 纵轴代表温度。图4-8上图是系统仿真的给定曲线。一般工艺曲线的开始阶段是斜线, 如果开始阶段是恒温, 可在系统温度恒定时才进行染色, 系统开始升温、保温过程, 当温度到达到最高点时, 开始降温的全部过程图像。图4-8下图是系统仿真的染色过程温度控制系统的经过模糊PID控制后的输出曲线图。
由图4-9保温误差放大图曲线图, 保温控制的偏差在0.2℃以内, 图4-10升温误差放大图, 我们可以看出动态升温过程的偏差在0.5℃以内, 图4-11降温误差放大图, 我们可以看出动态降温过程的偏差在0.3℃以内, 有效地克服了积分饱和问题, 在染液的升温、保温和降温过程中, 温度曲线能严格符合染液工艺的要求, 该染色过程的温度控制系统能适应染色过程动态特性的变化, 保证了温度控制的精度, 保温、升温、降温效果很好, 温度跟踪效果也很优秀, 可有效提高染色质量。
摘要：高温高压染色机温度系统是一种复杂的控制对象, 很难获得精确的数学模型。因此本文在分析染色机系统结构和染色机温度对象特性的基础上, 根据染色过程的温度偏差和实际温度, 设计了一种参数可变的PID控制器。本文基于Simulink对这种染色过程中的温度智能控制进行了系统仿真研究。
关键词：染色机,模糊PI,Simulink,系统仿真
参考文献
[1] 汪海燕.间歇式染色机温度自动控制系统[J].研究与技术, 2004, 7:32