基于模糊技术的齿轮箱加载实验油温调节系统

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    齿轮箱加载实验是齿轮箱出厂前保证产品质量的必备工序,即保持齿轮箱油温高温下(100℃)使齿轮箱带负荷运行,达到检验齿轮箱性能的目的。传统PID调节器的设计建立在精准数学模型上,由于实际油温控制系统存在大惯性滞后环节,而且随着实验的进行油的成份会发生变化,导致惯性时间常数变化。另外,齿轮箱加载与不加载,会导致整个温控系统参数变化较大,难以建立系统的精准数学模型。而模糊控制的设计建立在操作者的实际控制经验上,不依赖精准的数学模型。故对基于模糊技术的齿轮箱加载实验油温调节系统进行设计。

    1 硬件设计

    系统硬件设计如图1。其温度变送器选用西门子BS-RWB型变送器,其测量温度-50~150℃、输出电流4~20mA。EM235模拟量模块可将0~20mA的电流转化成0~32000的整数,以实现对温度的测量。S7-200是西门子PLC,有PWM输出功能。根据给定温度和测量温度的偏差,经模糊控制器得出PWM占空比,控制固态继电器的通断,从而控制加热元件达到温度自动调节的目的。PWM是脉宽调制,控制量的输出是一个采样周期的脉冲宽度,脉宽越宽,控制量越大,加热元件发热越厉害,温度越高。硬件采用模块化设计可靠程度高。

    2 温度模糊控制器的设计

    2.1 模糊化

    1)观测量模糊化

    用给定温度与测量温度的偏差作为观测量x∈X,X为论域:X={3,-2,-1,0,1,2,3}。

    记温度模糊观测量为5个模糊集合PBx(正大)、PSx(正小)、0x(零)、NSx(负小)、NBx(负大),它们的隶属函数如表1。

    2)控制量增量模糊化

    控制量增量模糊化用PWM占空比增量y∈Y表示,Y为论域:

    Y={-40%,-30%,-20%,-10%,0,10%,20%,30%,40%}

    与观测量类似,也采用等级来描述控制量。记占空比增量为5个模糊集合PBy(正大)、PSy(正小)、0y(零),NSy(负小)、NBy(负大),其隶属函数如表2。采样周期的单位通常为秒,周期占空比增量以百分数的形式表示。 

    2.2 建立模糊控制规则一,构造模糊关系矩阵

    根据实际经验温度偏差正大,需增加PWM占空比正大,温度偏差正小,需增加PWM占空比正小,得出模糊控制规则如表3。

    2.3 模糊判决

    采用最大隶属原则:

    y0={(-40%,0),(-30%,0),(-20%,0.2),(-10%,0.5),(0%,0.5),(10%,1),(20%,0.5),(30%,0.5),(40%,0.5)}

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