[發明專利]基于模糊PID控制算法的茶葉揉捻壓力自適應方法

在審

• 申請號: 202011638115.5
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112799302A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 湯哲;李瑤;鄒振華;張立;陳華榮
• 申請（專利權）人: 長沙湘豐智能裝備股份有限公司;中南大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 長沙市護航專利代理事務所(特殊普通合伙) 43220
• 代理人: 謝新苗

1.基于模糊PID控制算法的茶葉揉捻壓力自適應方法，其特征在于，將模糊PID控制算法應用于茶葉揉捻機的壓力控制系統之上，所述模糊PID控制算法將傳統的PID控制算法與模糊控制技術相結合，由模糊控制技術對傳統的PID控制算法中的Kp、Ki和Kd進行在線調整，所述基于模糊PID控制算法的茶葉揉捻壓力自適應方法包括以下步驟：

S1、操作人員對壓力控制系統在每個采樣時刻設定一個所需要的壓力給定值，壓力傳感器在每個采樣時刻實時采集并反饋壓力控制系統的實際壓力值，壓力控制系統同一采樣時刻將得到的壓力給定值與實際壓力值進行比較和相關計算，得出偏差E值；

S2、將得到的E值與上一次采樣時刻得到的E值進行壓力控制系統中的d/dt計算，即得到壓力控制系統中偏差E值的變化率EC；

S3、將計算得到的E值與EC值輸入模糊控制技術的模糊控制器中，根據事先設定的模糊控制規則進行相關推理與決策后，得出的控制結果輸入PID控制器中進行Kp、Ki和Kd參數調節，計算出最后的控制結果；

S4、執行器接收PID控制器中輸出的最后的控制結果，并根據該最后的控制結果控制茶葉揉捻機壓蓋的升降，以此來控制茶葉揉捻機揉捻壓力的大小。

2.根據權利要求1所述的基于模糊PID控制算法的茶葉揉捻壓力自適應方法，其特征在于，所述步驟S3具體表現為：將計算得到的E值與EC值輸入模糊控制技術的模糊控制器中，模糊控制器將輸入的E值與EC值，根據事先設定的模糊控制規則，進行相關推理與決策，得出ΔKp、ΔKi和ΔKd的值，并將其分別輸入到PID控制器之中，PID控制器根據得到的ΔKp、ΔKi和ΔKd的值修改PID控制器中對應的Kp、Ki和Kd的值，然后再根據輸入的E值和EC值，計算出最后的控制結果。

3.根據權利要求2所述的基于模糊PID控制算法的茶葉揉捻壓力自適應方法，其特征在于，所述模糊控制規則包括Kp控制規則表、Ki控制規則表和Kd控制規則表，其中，所述Kp控制規則表包括E、EC、Kp、NB、NM、NS、ZO、PS、PM和PB，Ki控制規則表包括E、EC、Ki、NB、NM、NS、ZO、PS、PM和PB，Kd控制規則表包括E、EC、Kd、NB、NM、NS、ZO、PS、PM和PB，E和EC為模糊控制技術中控制器的輸入，Kp、Ki和Kd為模糊控制器對PID控制器的調整參數，NB、NM、NS、ZO、PS、PM和PB分別是對相應參數模糊化后的模糊狀態。

4.根據權利要求1所述的基于模糊PID控制算法的茶葉揉捻壓力自適應方法，其特征在于，所述步驟S3中PID控制器中進行Kp、Ki和Kd參數調節具體為：

當E的值較大時，即壓力給定值與實際壓力值的偏差較大，此時壓力控制系統處于反應階段，為了加快茶葉揉捻機壓蓋的響應，Kp的值應該取大一點，但是加快響應的副作用就是會產生超調，則需要較小的積分強度，取Ki＝0，此時同樣需要限制Kd對壓力控制系統的影響，即應該取較小的Kd；

當E與EC的值適中時，此時也應該取適中的Kp、Ki和Kd，來兼顧壓力控制系統的調整和響應；

當E的值較小時，即壓力傳感器反饋的實際壓力值基本達到了壓力控制系統的壓力給定值，此時壓力控制系統達到了緩慢調整的階段，為了壓力控制系統的穩定，需要適當增加Kp和Ki，在E達到允許的誤差之內時，為了防止震蕩，增大Kd，壓力控制系統穩定后，就可適當減小Kd。

5.根據權利要求2所述的基于模糊PID控制算法的茶葉揉捻壓力自適應方法，其特征在于，還包括步驟S5：利用計算機軟件matlab上的simulink模塊功能進行壓力控制系統的仿真研究，具體地，在設置完茶葉揉捻機的壓力控制系統的仿真圖之后，進入到matlab的命令行窗口，鍵入fuzzy命令，打開之前準備好的Fuzzy_PID.fis文件，并將其導入到matlab的Workspace，然后打開matlab的simulink功能，切換到已預先設置的Fuzzy子系統中，雙擊Fuzzy子系統中的Fuzzy Logic Controller，將其中的文件設置為Fuzzy_PID，即壓力控制系統的仿真模型建構，其中Fuzzy_PID.fis為模糊控制器中設計的模糊控制規則的最終推理結果。