液力耦合器自動(dòng)控制技術(shù)

點(diǎn)擊量：2603   日期：2019-04-01

      永磁耦合器廠家對(duì)液力耦合器的使用機(jī)理進(jìn)行了介紹。通過(guò)研究液力耦合器的傳動(dòng)特性，借助PLC、上位機(jī)、SIMULINK等技術(shù)對(duì)模糊PID控制技術(shù)和可視化人機(jī)交互技術(shù)在液力傳動(dòng)中的應(yīng)用進(jìn)行了較詳細(xì)的研究和論證。

      1 前言
      1905年德國(guó)費(fèi)丁格爾首創(chuàng)了液力耦合器，并首先成功應(yīng)用在船舶的推進(jìn)系統(tǒng)中，有效改善了因內(nèi)燃機(jī)扭振引起的齒輪和螺旋槳破壞。
      液力耦合器是通過(guò)液體流動(dòng)催動(dòng)葉輪的方式完成機(jī)械能到流體動(dòng)能再到機(jī)械能轉(zhuǎn)換的能量傳遞設(shè)備，如圖1所示為VIOTH公司液力耦合器應(yīng)用示意圖。由于中間避免了機(jī)械的直接接觸，液力耦合器可很好的解決設(shè)備空載啟動(dòng)、負(fù)荷劇增、多機(jī)并車(chē)、隔離吸收震動(dòng)、降低噪音等問(wèn)題，在船舶動(dòng)力裝置中具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。特別是在某些國(guó)外艦艇CODAD（柴柴聯(lián)合）、COGAG（柴燃聯(lián)合）裝置中，液力耦合器被廣泛應(yīng)用[1]。如圖2為液力耦合器在柴柴聯(lián)合推進(jìn)系統(tǒng)中應(yīng)用示意圖[2]。
      液力耦合器傳遞功率為：
      由公式（1）可見(jiàn)液力耦合器的能量傳遞是一個(gè)復(fù)雜的不規(guī)則傳遞曲線(xiàn)，傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)液力耦合器全程的過(guò)程控制，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外主要的研究方向是引進(jìn)高級(jí)控制算法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，如蟻群算法、模糊PID控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等。本文將介紹模糊PID控制在液力耦合器中的應(yīng)用研究。
      2 液力耦合器的模糊PID控制技術(shù)
      模糊PID控制技術(shù)能在控制過(guò)程中對(duì)不確定的條件、參數(shù)、延遲和干擾等因素進(jìn)行檢測(cè)分析，采用模糊推理的方法實(shí)現(xiàn)P1D參數(shù)、和的在線(xiàn)自整定，不僅保持了常規(guī)PID控制系統(tǒng)的原理簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)，而且具有更大的靈活性、適應(yīng)性、精確性等。典型的模糊自整定PID控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖3所示。
      設(shè)計(jì)中采用PLC等來(lái)組成硬件部分，在軟件上采用模糊算法編程作為數(shù)字控制算法組成一個(gè)PLC的模糊控制系統(tǒng)。部分PLC模糊PID控制程序，簡(jiǎn)單介紹如下：
      主程序：
……
LD SM0.0
MOVW 太高標(biāo)志值， 標(biāo)志值形參 //將各個(gè)標(biāo)志值給標(biāo)志值形參賦值//
CALL SBR_1
MOVW 入模糊集形參， 輸入模糊子集1
MOVW 高標(biāo)志值， 標(biāo)志值形參
……
CALL SBR_1
MOVW 入模糊集形參， 輸入模糊子集5 //五次調(diào)用子程序sbr_1，子程序1完成輸入的模糊化//
LD SM0.0
MOVD &VB20， 模糊關(guān)系指針
MOVD &VB156， 模糊出指針
CALL SBR_2 //子程序賦值指令，確定輸出矩陣的各項(xiàng)地址，并調(diào)用子程序SBR_2，子程序2完成一個(gè)行和一個(gè)列的矩陣乘//
……
子程序SBR_4主要完成PID控制部分的初始值設(shè)定并完成PID控制中斷調(diào)用，部分程序如下：
LD SM0.0
ITD 控制輸出， VD650
DTR VD650， VD650
MOVR VD650， VD604
+R 0.75， VD604 //?⒛：?控制輸出與PID的原始設(shè)定值相加已完成對(duì)PID比例設(shè)定值的修訂//
……
MOVR 0.25， VD612
……
MOVR 0.1， VD616
MOVR 30.0， VD620 //設(shè)定采樣時(shí)間//
MOVR 0.0， VD624
MOVB 100， SMB34
ATCH INT_0， 10 //調(diào)用執(zhí)行中斷程序//
ENI
      為了更好的方便船員操作，借助WINCC等上位機(jī)編程軟件可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，通過(guò)人機(jī)交互操作可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化輸入、調(diào)節(jié)特性輸出、緊急報(bào)警燈、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)操作功能。
      3 模糊控制仿真研究
      為了檢驗(yàn)?zāi)：齈ID控制方法在液力耦合器傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用效果，本文借助SIMULINK軟件進(jìn)行模擬檢驗(yàn)仿真。首先利用某液力耦合器數(shù)學(xué)模型建立液力耦合器的邏輯控制模型，然后利用在仿真中引入一個(gè)階躍信號(hào)來(lái)模擬液力耦合器在實(shí)際工作中的震動(dòng)或者負(fù)荷突變等工況來(lái)檢驗(yàn)控制效果。
      在SIMULINK環(huán)境下，建立模糊PID自適應(yīng)控制如圖4所示。圖5為模糊PID自適應(yīng)的子系統(tǒng)。
      在模糊自整定控制圖中，通過(guò)Fuzzy logic controller模塊調(diào)入剛才建立的推理系統(tǒng)，完成與Simulink的連接。其中邏輯推理系統(tǒng)的輸入規(guī)則可在仿真中通過(guò)SIMULINK軟件自帶的模糊規(guī)則查看器和模糊控制表面查看器檢查邏輯條件判斷語(yǔ)句的設(shè)定情況如圖7，圖8所示。
      仿真模型建立后，分別采用常規(guī)PID控制和模糊自適應(yīng)PID控制測(cè)試其階躍輸出和在干擾作用下的輸出情況，具體操作為在仿真進(jìn)行到10 s時(shí)加入20%的干擾信號(hào)，待仿真運(yùn)行完成得到仿真結(jié)果，如圖8和圖9所示。
      從響應(yīng)曲線(xiàn)可以看出，常規(guī)PID控制液力耦合器超調(diào)量大、過(guò)度時(shí)間長(zhǎng)；采用模糊自適應(yīng)PID控制的液力耦合器，無(wú)論從響應(yīng)時(shí)間還是從對(duì)外界干擾的控制上均有很大提高，它響應(yīng)速度快、超調(diào)量很小，甚至可實(shí)現(xiàn)無(wú)超調(diào)，對(duì)外界干擾的抵抗能力也較好，能使系統(tǒng)盡快回復(fù)平衡狀態(tài)。從而可以得出結(jié)論：模糊PID控制算法可實(shí)現(xiàn)液力耦合器的優(yōu)良控制。
      4 小結(jié)
      為了更好的實(shí)現(xiàn)液力耦合器在船舶動(dòng)力傳遞系統(tǒng)中的應(yīng)用，本文介紹了模糊PID自適應(yīng)控制技術(shù)在液力耦合器中的應(yīng)用，并通過(guò)軟件模擬仿真技術(shù)充分說(shuō)明了模糊PID自適應(yīng)控制技術(shù)在液力耦合器應(yīng)用中的優(yōu)越性。