河南工业大学
控制系统仿真
姓名：宋伯伦
班级：自动化1501
学号：201523020128
成绩：
2017年6月16 日
设
计
题
目
基于MATLAB的皮带配料控制系统的仿真
设计内容和要求
阐述皮带配料控制系统的工作原理、物料流量特点，建立系统模型，通过Matlab进行控制系统仿真，达到适应系统工作过程各参数变化的目的。
报告主要章节
第一章概述与引言
随着科学技术的不断发展，电子皮带秤配料系统已在煤炭、化工、烟草、冶金、建材等行业中广泛应用。目前大多数皮带秤配料系统仍然是采用传统的PID控制算法，灵敏度较高，可以说在理论上调节是能做到无误差的，或者说在误差较小的范围内的确很有优势，但是出现较大误差时，其动态特性并不是很理想，超调量一般较大。所以，本课题设计了一套更为合理高效的电子皮带秤配料系统，本设计主要针对皮带秤配料系统中配料这一环节，采用模糊PID和传统PID控制相结合的方法。
本课题主要内容包括皮带秤的原理与组成，系统的总体设计，模糊控制算法结合本系统的分析以及采用MATILAB进行模糊PID控制仿真。
第二章各部分设计方案及工作原理
皮带秤配料系统中配料皮带秤作为在线测量的动态称量衡器，有着重要的作用，目前已广泛用于冶金、煤炭、烟草、化工、建材等行业中，是集输送、称量、配料于一体的设备。皮带秤仪表除了显示瞬时流量和累积流量外，还能根据由接线盒传过来的数据与给定值的偏差来控制给料机的给料，从而保证瞬时流量的恒定。这样就构成了一个闭环控制系统。
2.1皮带秤配料系统组成及工作原理
2.1.1皮带秤配料系统组成
配料皮带秤系统结构如图2.1所示，由三大部分组成，分别是料斗、给料设备和皮带秤。
图2.1中：A-称重传感器；
B-测速传感器；
C-称重托辊；
D-接线盒；
E-称重仪表。
2.1.2皮带秤工作原理
皮带秤的计量对象是连续流动的物料，可以显示物料的瞬时流量和在某一段时间内的累计流量。皮带秤是在皮带运行中进行测量，所以测量的稳定性很重要。当物料多少不等、皮带轻重不均匀和上下跳动以及皮带速度发生变化时，皮带秤应有较好的适应能力。所以皮带秤的主要特点是连续、自动地称重。
如果测单位长度的瞬时流量，一段距离的物料重量，或在一段时间和一段距离的累积重量。这些量的计算可采用积分法和累加法两种方法进行计算。在本设计中采用积分法表示一段时间的累积流量。电子皮带秤输送物料时，物料的瞬时流量为：qxv(kg/s)，其中q(kg/m)为皮带上单位长度的载重，v(m/s)为同一时刻皮带运行的速度。但是实际中，单位长度的载重与物料本身特性有关，可能出现不均匀的情况。所以在T时间间隔的累积流量可用以下积分式(2.1)表示：
W-T时间间隔的物料累积量kg或t；
T-物料通过秤的时间S或h；
q(t)-皮带单位长度上的物料重量kg/m；
V(t)-物料在皮带上的运行速度m/s。
皮带秤是按照力学中的悬索原理工作的，皮带的力平衡关系介于弹性静不定和柔性悬索之间，因为皮带的横向能力小，更接近于悬索状态，所以皮带秤的计量是以线分布密度代替体分布，按流量进行测量的。
2.2配料皮带秤工作方式
配料皮带秤是装有皮带秤整个称量装置的皮带输送机，其中给料设备是调节物料多少的，按照给料设备调速方式的不同，配料皮带秤有以下几种工作方式：
2.2.1拖料式配料方式
拖料式配料的皮带秤指的是无专用的给料机，仅用皮带机调速方式的配料皮带秤。所以也称作调速配料方式。配料皮带秤直接安装在进料斗的下方，以拖料的方式从进料斗中拖出物料。这样可调速的皮带机既完成物料的称量任务，又完成物料量多少的调节任务，所以在拖料皮带秤这种工作方式中，严格地讲，不能称为无给料机，只是无专用的给料机，给料机的功能由配料皮带秤的皮带机顺带完成。
拖料式配料方式优点：1)无专有给料机，系统结构简单，设备投资省；
2)节省电能消耗；3)皮带上的物料负荷不随物料量的多少而变，对物料称量精确度和控制精确度的提高有好处;的系统无滞后，电机速度一变化，给料量也随之改变，控制精确度高。拖料式配料方式缺点：1)是进料仓直接在皮带秤的皮带机上，入料时对皮带的张力大；2)没有专用的给料机，所以调零、更换皮带较难操作；3)对于干粉状和粘性较大的物料不适用;所以对于湿度适中、流动性能较好的物料系统可以采用这种工作方式。
2.2.2恒速配料方式
恒速式配料指的是给料机调速、皮带机恒速方式的配料皮带科。给料机调速可以完成物料量多少的调节任务，而皮带机不可调速则皮带上的物料
负荷随物料量的多少而变。早期的配料皮带秤采用这种方式的较多。
恒速式配料的优点是：1)进料斗与配料皮带秤之间有专用给料机，便于皮带秤的调零、更换皮带等操作。2)计量准确度高，可靠性好，应用范围较广。缺点是：1)有专用给料机，投资较大；2)皮带上的物料负荷随物料量的多少而变对物料称量精确度有影响。所以对于配料控制精度要求不高，流量设定值变化范围小的物料系统适用恒速式配料方式。
总之，在实际当中采用哪种配料方式，要视具体情况确定，要根据控制准确度、系统可靠性、投资大小等方面的因素综合考虑。由于本设计中配料系统是用于煤焦配比，要求系统可靠性好，计量准确度高，综合多方面考虑所以选择拖料式配料方式。
系统工作时，工控机首先根据生产任务先进行各种值的初始化，其中包括各种物料的名称、料斗编号、标准流量、标准配比等，然后按照一定顺序控制各给料设备。各给料设备按一定流量给料，同时工控机读取来自称重仪表的重量信号和累计量数据，然后根据各成分的累积量计算当前的实际配比，通过与标准配比的比较，来修正各给料设备的给定值，这样，系统就可以工作在最优配比状态。当达到设定累积产量时，按一定顺序停止各给料设备。
该系统由一台上位机来控制多台给料设备，为了实现一定的配比，各给料设备之间的工作要相互联系，而且给定流量要随当前的实际配比进行修正，因此其控制结构是较为复杂的。基于以上这些因素考虑，设计如图2.3所示的第i号给料设备的控制方框图模型。
Pgi-希望产量
Pfi-当前的累积量
