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  摘  要：介紹一種新的薄膜張力控制方法——模糊-線(xiàn)性復(fù)合控制。參考電容器卷繞裝置制作了由單片機(jī)控制的張力控制系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了模糊控制器。實(shí)驗(yàn)證明控制效果良好，具有響應(yīng)速度快、超調(diào)量小、控制精度高的特性，對(duì)數(shù)學(xué)模型難以建立、時(shí)變、非線(xiàn)性系統(tǒng)尤為合適。     關(guān)鍵詞：張力；模糊控制；卷繞機(jī)構(gòu)      張力控制機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于紡織、造紙、印刷、電子等行業(yè)中，其控制方法有純機(jī)械式、機(jī)電混合式和電氣控制式。我們結(jié)合目前電子行業(yè)有機(jī)薄膜電容器卷繞機(jī)構(gòu)的張力控制進(jìn)行了研究，在這些設(shè)備中，常見(jiàn)的張力控制機(jī)構(gòu)，其張力設(shè)定、檢測(cè)和控制均采用機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)，雖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，但其動(dòng)態(tài)性能較差，控制精度較低，近幾年積極發(fā)展電氣控制和微電腦控制。由于卷繞過(guò)程中除收、放卷料盤(pán)直徑不斷變化，還頻繁改變卷繞速度，故控制張力的穩(wěn)定直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。這里的張力控制系統(tǒng)是一個(gè)時(shí)變、非線(xiàn)性系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型也難以建立，用通常的定常、線(xiàn)性控制不能得到滿(mǎn)意的效果，須設(shè)計(jì)一種新的控制器，能在線(xiàn)跟蹤被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，及時(shí)修正控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)人工智能控制。文章嘗試了一種模糊控制器的設(shè)計(jì)，以提高控制卷繞機(jī)構(gòu)薄膜張力的精確度和穩(wěn)定性，它的設(shè)計(jì)是依據(jù)模糊控制理論，并通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。1 張力控制系統(tǒng)    張力控制主要包括張力設(shè)定、張力檢測(cè)、張力控制三部分，該張力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。    張力檢測(cè)由無(wú)接觸式光電電位器完成，由于張力的變化，引起擺桿的擺動(dòng)而產(chǎn)生角位移，檢測(cè)傳感器8為角位移式電位器，能及時(shí)靈敏地反應(yīng)張力變化。為便于放卷張力控制和收卷速度控制，我們選用參數(shù)不一的直流力矩電機(jī)，直接調(diào)節(jié)電樞電壓，并采用數(shù)字式張力設(shè)定法。    為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)張力的模糊控制，我們?cè)O(shè)計(jì)了MCS-51單片機(jī)控制系統(tǒng)，其硬件框圖見(jiàn)圖2。  2 模糊控制器的設(shè)計(jì)    模糊控制的理論依據(jù)是模糊數(shù)學(xué)，它的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)完成，它仿照人腦的模糊推理過(guò)程，確定推理規(guī)則，并做出模糊決策。模糊控制器采用二維結(jié)構(gòu)，雙輸入單輸出。微機(jī)采樣的張力信號(hào)與給定值比較得誤差e和誤差的變化ec(de/dt)，作為二維模糊控制器的兩個(gè)輸入變量，它的輸出變量d去控制放卷電機(jī)。    模糊控制器的設(shè)計(jì)步驟如下：    (1)誤差e和誤差變化ec的精確量為x，其變化范圍為〔α，β〕，轉(zhuǎn)化為〔－6，+6〕區(qū)間變化的變量y，取其接近的整數(shù)為模糊量，此過(guò)程叫模糊量化。變換公式為：    這里，模糊變量E論域取{－6，－5，…，－0，+0，…，+6}；模糊變量EC論域取{－6，－5，…，0，…，+6}；控制模糊量D的論域取{－7，－6，…，0，…，+7}。    (2)模糊變量在相應(yīng)的論域中用模糊語(yǔ)言表示。這里，E取八個(gè)語(yǔ)言值：正大，正中，正小，正零，負(fù)零，負(fù)小，負(fù)中，負(fù)大。記作：PB，PM，PS，PO，NO，NS，NM，NB。    出現(xiàn)“正零”、“負(fù)零”是為了體現(xiàn)誤差變化的方向。  EC和D均取七個(gè)語(yǔ)言值：正大、正中、正小、零、負(fù)小、負(fù)中、負(fù)大。    這里，模糊變量用模糊子集描述，選擇的隸屬函數(shù)基本采用正態(tài)分布如公式(2)。    對(duì)某一離散點(diǎn)，由經(jīng)驗(yàn)確定選用高或低分辨率分布，即改變a、b值。例如我們對(duì)論域E選用平頂截?cái)嗍秸龖B(tài)分布。    由此推出模糊變量E的賦值μ，見(jiàn)表1。    同樣可推出模糊變量EC和模糊控制量D的賦值表（略）。    (3)確定模糊控制規(guī)則，決策模糊控制量D，模糊控制器的控制規(guī)則是根據(jù)手動(dòng)控制策略制定，它有賴(lài)于我們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)知識(shí)。我們常用模糊條件語(yǔ)句歸納手動(dòng)控制的過(guò)程。例如：    用一系列條件語(yǔ)句，綜合各種控制規(guī)則，制定這些規(guī)則的原則是，當(dāng)誤差大或較大時(shí)，選擇控制量以盡快消除誤差，而當(dāng)誤差較小時(shí)，選擇控制量要防止超調(diào)，以系統(tǒng)的穩(wěn)定為主。    輸出控制量由輸入變量與模糊關(guān)系矩陣R合成得到，即：    D1=（E1×EC1）·R    再按隸屬函數(shù)取最大原則，得相應(yīng)的控制量d，如此計(jì)算得控制表2。    (4)將模糊控制量D乘比例因子，轉(zhuǎn)化到被控對(duì)象能接受的論域范圍，經(jīng)此非模糊化處理后的精確量輸出去控制放卷電機(jī)。