0引言
随着经济的发展,对于皮带给料式定量包装秤的需求不断增加众多学者对其进行了相关研究，文献［2］提出了一种三级给料控制的方法,减小了称重误差,但难以同时满足计量精度与计量速度的要求,且适应性差。文献［3］在变频调速的基础上加入模糊PID控制器,增强了系统稳定性，提高了系统的计量速度与精度，但仍无法满足适应性的要求。文献［4］提岀了一种基于误差自动修正的控制算法，对误差进行在线修正,有效地改善了系统性能,但该算法在连续工作情况下才能保证较好的效果，且动稳态性能较差。
为了进一步提高皮带给料式定量包装秤的性能,本文在多级给料方式的基础上，设计了一种基于模糊控制算法⑶的定量包装秤模糊控制器，并将其与异步电机模糊自适应PID⑹矢量控制调速系统相结合，构成定量包装秤模糊矢量控制系统，从而提高其动稳态性能，增强其对多种物料多种定量的适应性，解决计量速度与精度的矛盾。通过仿真分析证明了该方法的合理性与有效性。
1皮带给料式定量包装秤称重系统
1.1系统的组成
皮带给料式定量包装秤称重系统的结构如图1所示。

图1皮带给料式定量包装秤称重系统结构图
皮带传输机构、异步电机和减速箱构成皮带给料机。包装袋和夹带装置构成了称重容器，称重控制系统是整个系统的核心。自动运行过程为:称重控制系统检测到上袋信号后，夹袋装置夹紧包装袋,然后启动电机，通过调节电机的转速来控制给料速度。当物料重量达到设定值时,给料装置停止给料,打开卸料门，物料放完后自动关闭卸料门。如此循环往复自动运行。
1.2动态称重模型及误差分析
称重系统模型如图2所示，称重部分和称重传感器可以等效为一个二阶系统。对其进行受力分析可知,在动态称重过程中，物料重量G。）和物料下落的冲击力F。）随物料下落而改变，称重模型随时间变化，此时称重系统为时变线性系统。

图2称重系统等效图
造成动态称重系统不能及时称量出物料重量的主要原因有两个:一是物料下落产生冲击力，使得称量值大于实际物料重量;二是存在空中落料差，由于这部分物料存在滞后性，导致称量值小于实际物料重量。在给料过程中，当落差高度&和流量系数c（C等于皮带上物料横截面积s和物料密度P的乘积）一定时，降低给料机的转速n（t）,可减小称量误差,但同时降低了计量速度。好的动态称重系统,关键是保证称重速度的同时，具有高的称重精度。本文釆用三级给料方式，为保证称量精确度，要求中速和慢速给料存在稳定段,且末级稳定给料时间t＞丿瓦布，h,为中速给料切换到慢速给料时的落差高度。所以保证计量精度的前提下提高计量速度就必须缩短各级给料的过渡时间。
2模糊控制器设计
模糊控制器是模糊控制系统的核心，由输入量模糊化接口、数据库、规则库、推理机、输出量解模糊接口组成。
2.1模糊自适应PID速度调节器设计
如图3、图4所示，速度调节器本质上是一个PID控制的转差调节器，为了提高系统的鲁棒性、适应性以及动静态性能,本文结合模糊控制对比例系数kp、积分系数k,和微分系数kd进行在线整定。模糊控制器的输入量为转速偏差e和偏差变化率ec,输出量为PID调节器参数增量Akp仏伤。偏差e和偏差变化率ec的隶属函数如图3所示，图4为输出量△如、弘,、△奶的隶属函数。根据操作经验和实验分析获得推理规则如表1所示（分别为庇Wd）。

2.2定量包装秤模糊控制器设计
根据物料密度、流量和给料皮带转速之间存在的模糊关系，设计了一个模糊控制器,通过物料密度P和目标定量值。得到给料皮带的转速"，从而调节物料流量Qo增强了定量包装秤的适应性，且在保证称量精度前提下提高了定量包装的速度。本设计方案中语言变量P的基本论域为［0.3g/cm，35g/cm，jD
的基本论域为［0.5kg,50kg］的基本论域为［5rad/s,76.5
rad/s］,输入输出量采用均匀量化形式。其中输入D和P的隶属函数如图5所示，图6为输出n的隶属函数。通过查阅相关资料，总结模糊推理规则如表2所示。

3控制系统MATLAB仿真
3.1仿真模型的建立
为了验证该方法的正确性,本文用MATLAB搭建仿真模型进行验证。系统采用三级给料方式，给料过程中S几乎不变，为了方便计算认为S等于0.01m2，皮带与电机转速之比v为0.04。所选电机参数如下:额定电压380V,额定功率15kW,额定频率50Hz,额定转速730r/min,定子电阻0.332Q,转子电阻0.153Q,定转子漏感1mH,互感31.5mH,4对极，转动惯量0.15kg•m2。
3.2仿真结果及分析
本文将定量包装秤模糊控制器分别与模糊自适应PID和常规PID速度调节器调速给料系统相结合进行了仿真实验。仿真结果如下图，图(a)/(b)/(c)中模糊自适应PID调速给料系统均釆用快速给料至0.9、中速给料至0.95D、慢速加料至D,常规PID调速给料系统分别釆用快速给料至0.9/0.85/0.8〃、中速给料至0.95/0.95/0.92D、慢速加料至D。
D=50kg且P=1.5g/cn?时，由图7可知，与模糊自适应PID速度调节器相结合的控制系统响应速度快，动稳定性高，存在中速和慢速给料稳定段，且末级给料稳定时间满足要求，既保证了计量精度又提高了计量速度。与常规PID速度调节器相结合的控制系统响应速度慢，动稳定性差，不能同时满足计量精度和速度的要求。
D=25kg且P=l.0^cm3时，由图8可知，与模糊自适应PID速度调节器相结合的控制系统响应速度快，动稳定性高，存在中速和慢速给料稳定段，且末级给料稳定时间满足称重要求,在保证计量精度的前提下缩短了给料时间。与常规PID速度调节器相结合的控制系统响应速度慢，动稳定性差，不能同时满足计量精度和计量速度的要求。与图7相比改变D与P后,定量包装秤模糊控制器相应地改变了各级给料速度。
D=10kg且P=Q.5g/cm3时，由图9可知，与模糊自适应PID速度调节器相结合的控制系统响应速度快，动稳定性高，存在中速和慢速给料稳定段，且末级给料稳定时间满足称重要求,在保证计量精度的前提下缩短了给料时间。与常规PID速度调节器相结合的控制系统响应速度慢，动稳定性差，仍不能同时满足计量精度和计量速度的要求。与图7和8相比改变。与P后,定量包装秤模糊控制器相应地改变了各级给料速度。由此可见,定量包装秤模糊控制器增强了定量包装秤的适应性。

4结束语
本文针对皮带给料式定量包装秤存在的不足,设计了定量包装秤模糊控制器和模糊自适应PID速度调节器，并且搭建了定量包装秤模糊矢量控制系统仿真模型。通过仿真实验，得出如下结论:(1)采用多级给料有效地减小了因冲击力和空中落料量造成的称重误差；(2)针对不同的D和P,定量包装秤模糊控制器相应地改变各级给料速度，增强了定量包装秤对多种物料进行多种定量的适应性；(3)定量包装秤模糊矢量控制系统，加快了响应速度，提高了动稳态性能和调节精度,且没有超调量，增强了控制系统的鲁棒性，更好地协调了计量速度和计量精度的矛盾。上述仿真结果验证了该控制方法的合理性与有效性，为进行相关的硬件设计打下了基础，具有一定的工程应用价值。
 

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