1 雙模控制系統結構與工作原理
 
雙模控制系統結構框圖如圖 1 所示, 它由預測
 
器、開關控制器、模糊控制器以及控制對象組成的直接數字反饋控制系統
工作原理 :當控制開始時, 系統偏差 e =S -Y 較大, 當偏差的**值 e 大于雙模控制的轉換邊界(Em)時,系統的控制量取正的**大輸出(+Um)或負的**大輸出(-Um), 實行非線性開關控制 ;當偏差逐漸減少 , e 小于預定的轉換邊界值(Em)時 ,便進行程序切換, 實行預測模糊控制。這樣既能加快過渡過程,又能保證系統超調小, 甚**無超調 , 從而取得良好的調節品質。
 
2 預測器控制算法
 
傳統的預測部分都是利用**小二乘法進行遞推
 
而獲得**新的在線預報模型 ,但是這種方法的計算量太大,影響系統的快速性。對比較簡易的系統來說, 利用一種簡易新型的預測算法^[ 2] 更有效 ,這種算法也是基于對象的歷史數據, 根據運動學原理和**小二乘法機理 ,把二者優越性結合起來 ,使系統控制計算簡單 ,為單片機模糊實時控制系統開辟了新的方向。下面是兩種算法的表達式 :
 
根據運動學原理 , 對曲線的速度(v)和加速度(a)進行分析,可以從現在時刻以前幾拍的歷史數據中預測下一點的值 ,其表達式為:
 
y v -a(t)=1 .75y(t-1)-0 .25y(t-2)-0 .75y(t
 

-3)+0 .25y(t-4)	(1)
若采用**小二乘法進行預測 ,則有 :
y σ(t)=2 .25y(t-1)-0 .75y(t-2)-1 .25y(t -
3)+0 .75y(t-4)	(2)

 
式(1)和式(2)各有優點, 前者有較快的響應速度,對觀測量的變化較為敏感 ;而后者穩定性較好,抗干擾能力強。引入加權因子則可綜合兩者的優勢。
 
y (t)=wy v -a(t)+(1 -w)yσ(t) (3)
 
本系統中 ,由 ω=0 .5,則 y (t)=2y(t-1)-0 .5y(t-2)-y(t -3)+0 .5y
 
(t-4)

3 模糊控制器算法
 
本系統采用帶修正因子的 Fuzzy 控制器, 其結構圖如圖 2 所示。
Fuzzy 控制器輸入為偏差e 和偏差變化率 ec ,輸出為控制變量u 。論域E 、Ec 和U 均分成七檔 ,即正大(PL)、正中(PM)、正小(PS)、(零)、負小(NS)、負中(NM)、負大(NL), 相應用 +3 、+2 、+1 、0 、-1 、-
 
2 、-3 來表述。帶修正因子的控制算法為:
 

U =[αE +(1 -α)Ec]

(5)

其中 ,取α= e / em ax ,em ax為 e 的**大值,則 α∈[ 0 ,
 
1] 。
 
因此 ,當 e 大時 α大;當 e 小時 α小, 這種加權的程度恰好反映了操作者進行控制活動時的思維特點 ,也避免了控制規則定義中的空檔或跳變現象。
另外 , 為了避免在開關控制器和模糊控制器進行切換的臨界處出現抖動 , 采用了類似“磁滯線”的切換方法 ,即上升階段當 e <e2 , 采用開關控制算法,否則采用模糊控制算法;在下降階段當 e >e 1 , 采用開關控制算法 ,否則采用模糊控制算法。
 
4 高速冷凍離心機硬件結構
 
高速冷凍離心機主要是從液體混合物中提煉出需要的成分,根據每種物質的密度不同 ,經過高速旋轉,密度大的液體沉在底層 , 密度小的液體浮在上面,這樣就將液體分層, 提煉出我們所需要的純凈物。它應用于醫藥、化工等許多*域。其硬件結構圖如圖 3 所示。
系統輸入有兩個 :轉速輸入和溫度輸入。轉速由光碼測量 ,每轉輸出六個脈沖 ,其控制采用上述算法。溫度由AD590 測量,當溫度高于設定值 2 ℃時 , 壓縮機啟動;當溫度低于設定值 2 ℃時, 壓縮機停止。另外,系統有時間控制 ,當電機轉速超過 500 轉時開始計時 ,當計時達到設定時間時停機。系統輸出有繼電器輸出的變頻器啟/停、壓縮機啟停、門鎖控制和D/A 輸出的0 ～ 5V 或0 ～ 10V 的電壓控制轉速。故障檢測有變頻器故障、開門故障、失衡故障、超溫故障、超速故障。系統設有看門狗。 
5 高速冷凍離心機軟件流程
 
高速冷凍離心機軟件流程圖如圖 4 所示。
 
轉速雙模控制算法模塊子程序流程圖如圖 5 所
 
示。
 
在樣機調試中已確定了七種轉子型號的控制子程序 ,適合于幾千轉**三萬轉的轉子。在應用中 ,用戶只需通過鍵盤輸入用戶所使用的轉子型號。
 
6 系統運行結果出控制失靈及系統機械故障等應能及時檢測并報警 ,關閉所有控制對象 ,使系統損失減到**小。同時在檢測到一些對生產不造成影響的故障如鍵壞、顯示不正常等 ,則應報警提示操作員,但不停止生產。