1 模糊控制在電弧爐電極調節中的應用

　　電弧爐電極調節控制算法中采用的模糊控制算法為“二輸入一輸出”的二維模糊控制，恒阻抗控制策略。在控制系統中，從主電路采集到電壓電流信號輸入到PLC中，在PLC中完成偏差計算、模糊控制等計算。

　　1.1 偏差的計算

　　電弧爐電極調節系統采用恒阻抗調節策略，從主電路采集電壓值和電流值計算偏差。

　　1.2 確定模糊論域和量化因子

　　根據現場記錄的數據，阻抗偏差E(是)的變化范圍為[-200，200]。定義偏差E(忌)的模糊論域為[-6，6]，量化因子K=6／200=0.03。同理，阻抗偏差的變化量△E(k)的變化范圍為[-120，120]，定義其模糊論域為[-6，6]，量化因子K=6／120=0.05。控制量U的輸出實際范圍為[-10，10]，定義控制量U的模糊論域為[-7，7]，量化因子K=10／7。

　　1.3 確定模糊變量的隸屬度

　　根據現場專家和生產人員的經驗，選擇輸入輸出量的模糊語言為：PB(正大)、PM(正中)、PS(正小)、O(零)、NS(負小)、NM(負中)、NB(負大)。選擇三角形隸屬度函數分布。

　　1.4 確定模糊控制規則

　　根據E和△E的賦值表和專家經驗，總結了49條模糊條件語句構成控制規則，據此規則建立模糊控制規則表，如表1所示。表1中行與列交叉處的每個元素及其所在列的第1行元素和所在行的第1列元素，對應一個形式為“If E=Aiand△E=Bi Then U=Ci”的模糊語句。

　　1.5 解模糊

　　模糊關系推理法采用Mamdani推理法，每條控制規則寫成Ri=(Ai×Bi)×Ci，共49條，然后按照下式計算控制量U的模糊量，將運算后的模糊量U采用中心平均法進行模糊判決，得到精確量。

　　1.6 仿真

　　在Simulink中建立電弧爐控制系統的數學模型，在同一個模型下，采用原來的死區控制和模糊控制2種不同的算法，仿真比較弧長調節情況。仿真中，在t=0s時給系統1個階躍信號，表示調節過程開始；在t=10 s時加1個擾動信號，模擬運行過程中弧長受到干擾因素雨發生突變。

　　2 模糊控制在西門子PLC中的實現

　　在電弧爐電極調節控制系統中，選用西門子公司S7—400型PLC，選擇412—2DP型CPU。在程序設計中采用模塊化編程，在主程序OBl中編寫控制系統的開關邏輯程序，三相電極模糊控制程序分別存放在功能FC11，FCl2，FCl3中。由于需要設定采樣周期，所以將采樣程序存放在OB35中，并設定循環中斷周期，在OB35中計算偏差E及偏差變化量Er。運行開始，閉合相關控制開關啟動引弧程序，等到產生連續電弧后進入電極調節的模糊控制階段。此時，在主程序中調用電極調節的模糊控制功能程序。

　　下面以A相電極為例，介紹模糊控制在電極調節中的編程方法。在OB35中計算偏差以及偏差變化量，并將結果存人背景數據塊DB5中。將模糊控制量化因子也存放在DB5中。將模糊控制查詢表中的控制量按照從左往右從上往下的順序依次存放到背景數據塊DB7中，地址為DB7．DBDO～DBD7．DBD672。在功能FCll中編寫A相模糊控制程序的梯形圖，首先從DB5中調用偏差、偏差變化量以及相應的量化因子，分別進行相乘。進行取整運算，若取整后結果大于-6則按照等于6處理，同理如果結果小于-6則按等于-6處理，從而將精確量模糊化為(-6，6)內的整數，然后對其進行加6使其偏移到(0，12)內。最后利用基址+偏移地址的方法查詢控制量，基址為0，偏移地址為4×(E+13×Ei)。從DB7中對應的地址讀出控制量，乘以量化因子并輸出。

3 結論

　　模糊控制在電極調節這種大時滯、非線性、時變的復雜系統中能達到很好的控制效果，將模糊控制與PLC結合，通過軟件編程的方法在西門子PLC中實現模糊控制，不增加硬件投入，低成本改善控制性能。