臺灣博碩士論文加值系統

本研究旨在提升自動壓蓋效率、減少酒瓶破損。論文結合模糊理論、PID控制之觀念與優點有效率地設計提出一個模糊PID控制系統作為酒瓶壓蓋壓力之控制，並將它實現於真實的玻璃、陶瓷酒瓶自動壓蓋控制。
本研究證明所提出之調整模糊PID控制系統能因應各種不同規格的酒瓶，在自動壓蓋控制上可獲得不錯的控制性能表現。

The purpose of this study is to promote the working efficiency, and to decrease the rate of bottle damage while using an automatic bottle-overlay machine. The thesis effectively combines fuzzy theory and PID control concept, and then presents a fuzzy PID control system to guide the bottle pigeonhole stamping process. This will be applied to the actual glass and ceramic wine bottles.
The results show that the PID control system can be applied to various specifications of different wine bottles. One can also acquire a satisfactory performance on automatic bottle stamping process.

目 錄

中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅵ
表目錄 Ⅸ
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 內容簡介 3
第二章 壓瓶蓋機氣壓系統的分析與設計 4
2.1 系統組成 4
2.1.1 空氣壓系統設計 4
2.1.2 氣壓缸的選用 4
2.2 壓瓶蓋機系統組成 7
2.2.1 能實際運用於生產線上為原則 7
2.2.2 以氣壓作為壓力源之思考 7
2.2.3 壓蓋之瓶蓋材料以玻璃作為實驗材 8
2.2.4 以PLC配合人機介面作為控制系統 8
2.3 壓瓶蓋機之組成元件與控制 9
2.4 壓瓶蓋機系統步階響應 14
第三章 系統識別與控制器設計 16
3.1 系統識別 16
3.2 控制器的設計 22
3.2.1 PID控制器 22
3.2.2 模糊PID控制 24
3.3 模擬分析 31
第四章 實驗 39
4.1 實驗說明 39
4.2 實驗結果 42
4.3 實驗分析 47
第五章 討論 49
第六章 結論 51
參考文獻 52


圖 目 錄

圖2.1 氣壓系統基本組成 5
圖2.2 決定氣壓面積 6
圖2.3 機構單元與氣壓系統裝置示意圖 9
圖2.4 模糊邏輯系統的基本結構 9
圖2.5 西門子PLC S7-200可程式邏輯控制器 12
圖2.6 PLC數位－類比模組、人機介面（HMI） 12
圖2.7 電子尺 12
圖2.8 壓力感測器 13
圖2.9 氣壓缸 13
圖2.10 比例方向閥 13
圖2.11 機構單元與氣壓系統裝置圖 14
圖2.12 比例閥控制方塊圖 15
圖2.13 系統步階響應圖 15
圖3.1 系統識別示意圖 16
圖3.2 實際位移與出力關係圖 20
圖3.3 0mm到5mm位移之識別結果 20
圖3.4 2.5mm到7.5mm位移之識別結果 21
圖3.5 5mm到10mm位移之識別結果 21
圖3.6 PID控制器方塊圖 23
圖3.7 fuzzy-PID控制架構圖 25
圖3.8 模糊控制器架構圖 25
圖3.9 （a）E（b）R（c） （d） （e） 的歸屬函數 28
圖3.10 模擬之系統架構圖 31
圖3.11 simulink PID控制圖 32
圖3.12 設定2輸入3輸出之模糊控制器 32
圖3.13 輸入變數E的歸屬函數圖 33
圖3.14 輸入變數R的歸屬函數圖 33
圖3.15 輸出變數 的歸屬函數圖（以 為例） 34
圖3.16 輸出變數 的歸屬函數圖（以 為例） 34
圖3.17 輸出變數 的歸屬函數圖（以 為例） 35
圖3.18 模糊控制推論規則編輯表 35
圖3.19 輸入、輸出對應圖 36
圖3.20 輸入、輸出對應變化圖 36
圖3.21 simulink fuzzy-PID控制圖 37
圖3.22 控制模擬圖 38
圖4.1 實驗控制流程圖 40
圖4.2 PLC控制PID程式 40
圖4.3 輸入變數處理流程圖 41
圖4.4 線上處理系統流程圖 41
圖4.5 （a）（b）（c） 單點壓塞控制響應圖 43
圖4.6 （a）（b）（c） 單點壓塞控制響應圖 45
圖4.7 （a）（b）（c） 單點壓塞控制響應圖 46
圖4.8 手工壓塞與實驗控制比較圖 47
圖5.1 玻璃瓶口與玻璃瓶蓋塑膠環套 49






















表 目 錄

表2-1 實驗設備元件規格表 11
表3-1 系統識別之詳細參數 22
表3-2 PID參數 24
表3-3 模糊控制PID推論規則表 29

參考文獻
〔1〕 J.Y Lai and Y.R Chen，「Adaptive Flow Rate Control of a Hydraulic Proportional Valve」，JSME International Journal，Series Ⅲ，Vol.35，no.4，pp.582-590，1992。
〔2〕T. Noritsugu，「Electro-Pneumatic Feedback Speed Control of a Pneumatic Motor Part Ⅰ：with an Electro-Pneumatic Proportional Valve」，The Journal of Fluid Control，Vol.17，no.3，pp.17-37，1987。
〔3〕 Jeff Cullman，「Servo Performance in Proportional Valve」，Machine Design，Vol.65，no.12，pp.40-42，1993。
〔4〕Hsu,Cheng-Hsing,Lai,Lin-Ying. and Ye,Kuo-Ann，「Comparison of using Proportional and Servo Valves on Position Control in a Hydraulic Servo System.」，Tran sactions of the Aeronautical and Astronautical Socieity of the Republic of China，pp.359-366，1996。
〔5〕Bernard Sanchagrin，「Process Control of Injection Molding」，Polymer Engineering and Science，Vol.23，no.8，pp.431-438，1983。
〔6〕Merges Ⅰ. G.，「射出成形機──使用手冊」，塑膠世界雜誌社編譯， 1982。
〔7〕L. A. Zadeh，「Fuzzy Sets」，Inform. Contr.，Vol.8，pp.338-353，1965。
〔8〕 L. A. Zadeh，「Outline of a new approach to the analysis of complex systems and decision processes」，IEEE Trans. Syst. Man Cybern.，Vol. SMC-3，no.1，pp.28-44，1973。
〔9〕E. H. Mamdani et al.，「Practical application of an heuristic fuzzy rule-based controller to the dynamic control of a robot arm」，Proc. Inst. Elec. Eng.，Vol.66，1985。
〔10〕歐陽渭城，「油壓基本原理及油壓回路設計」，全華科技圖書，1999。
〔11〕許正道，「油空壓的數位控制與應用」，文笙書局，1997。
〔12〕黃忠良，「致動器驅動與控制」，復漢出版社，1993。
〔13〕 劉長年，「液壓伺服系統優化設計理論」，冶金工業出版社，1989。
〔14〕楊英魁、孫宗瀛、鎮魁香、林建德、蔣旭堂，「模糊控制理論與技術」，全華科技圖書，1996。
〔15〕王進德、蕭大全，「類神經網路與模糊控制理論入門」，全華科技圖書，1994。
〔16〕郭士償，「電子控制比例閥」，全華科技圖書，1988。
〔17〕郭興家、邱弘興，「機電整合」，高立圖書，1997。
〔18〕吳政鴻，「自調整模糊控制於射出成型機速度控制之研究」，碩士論文，國立成功大學造船暨船機械工程研究所，1993。
〔19〕孫宗瀛、楊英魁，“Fuzzy控制理論、實用與應用”，全華科技 圖書股份有限公司 ，1994。
〔20〕廖添文，“GA-PID模糊控制器應用於灰訊號源之追蹤與設計”，大葉大學電機工程學系研究所碩士學位論文，2003。
〔21〕秉昱科技編譯，“ 模糊邏輯與類神經模糊實例說明”，儒林圖書股份有限公司，2005。