基于模糊控制的雨花茶精揉机温度控制系统的研究

摘要

随着南京市雨花茶生产业的不断发展，雨花茶的生产已经成为全市特色农业的主导产业之一，日益增长的消费市场对高档雨花茶的生产提出了更高的要求，应用高档雨花茶制茶机械化精揉技术已经势在必行。原有精揉机由于采用的是定值开关型的温度控制装置，不能满足高档雨花茶精揉工艺中机械化精揉技术的要求，导致大量的优质资源无法及时制成优质茶叶，品质和产量都受到严重限制。为了雨花茶生产业的可持续性发展，急需设计出一种能够满足系统控制要求的新型温度控制装置，为名优茶的生产提供可靠的硬件保证。
　　 本文在分析6CRJ-24雨花茶精揉机揉锅温度控制系统控制要求的基础上，针对控制对象的不确定和难以控制的特点，对系统的控制算法进行了研究，在介绍常规PID控制算法与模糊控制算法的基础上，详细阐述了基于智能控制理论的模糊自整定PID控制器的设计原理，并采用MATLAB软件对控制器进行了辅助设计与仿真，设计出了基于智能控制理论的模糊自整定PID控制器，实现了PID参数的在线自整定。
　　 在实现模糊自整定PID控制器的基础上，本文将相应的模糊自整定PID控制算法引入到软件设计中，进行了以AT89S52单片机为核心的智能温度控制器的软硬件设计，给出了系统各部分的电路原理图与相应的程序设计流程图，以及系统软硬件的调试方法。在系统设计过程中充分考虑了系统的可靠性，采取了相应的软硬件措施予以保证。
　　 实验证明，该系统具有过渡过程平稳、温度测量准确、调节时间短等优点，实现了预期目的。
　　 本文所采用的PID参数模糊自整定算法，为以后更高性能的此类算法的开发提供了一条可行的途径，温度控制系统电路的设计和控制程序的开发，对其它同类产品的开发也具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题的背景、意义和目的

1.2 国内外茶加工设备自动化技术的发展与应用现状

1.2.1 国外茶加工设备自动化技术的发展与应用现状

1.2.2 国内茶加工设备自动化技术的发展与应用现状

1.3 温度测控技术的发展与现状

1.3.1 温度测量技术

1.3.2 温度控制技术

1.4 本文的主要工作

1.5 论文结构

第二章 系统总体设计

2.1 雨花茶精揉机的组成

2.2 系统设计方案分析

2.2.1 系统性能要求

2.2.2 系统硬件方案分析

2.2.3 系统软件方案分析

2.3 系统总体结构

2.4 系统模型的建立

2.4.1 系统模型的简化

2.4.2 控制对象数学模型的建立

2.5 本章小结

第三章 系统控制算法的研究

3.1 常规PID控制

3.1.1 PID控制基本原理

3.1.2 数字PID控制算法

3.2 模糊控制

3.2.1 模糊控制基本原理

3.2.2 模糊控制器的设计方法

3.2.3 模糊控制的性能分析

3.3 模糊自整定PID控制器设计

3.3.1 模糊自整定PID控制基本原理

3.3.2 输入量的模糊化

3.3.3 建立控制规则表

3.3.4 模糊推理与模糊判决

3.3.5 离线生成△Kp、△Ki、△Kd的模糊决策表

3.3.6 仿真分析

3.4 本章小结

第四章 系统硬件设计

4.1 系统硬件总体结构

4.2 主控模块的器件选型及设计

4.2.1 单片机的选用

4.2.2 AT89S52单片机简介

4.2.3 主控电路设计

4.3 输入通道设计

4.3.1 温度传感器的选择

4.3.2 前端非平衡电桥测温原理

4.3.3 Pt铂热电阻非平衡电桥非线性误差补偿方案

4.3.4 铂热电阻非平衡电桥及放大滤波电路

4.3.5 模／数转换电路设计

4.4 输出通道设计

4.4.1 电热管功率调节方式

4.4.2 PWM技术及固态继电器的应用

4.5 人机接口的设计

4.5.1 按键与显示电路设计

4.5.2 状态指示与报警电路设计

4.6 串行通信模块设计

4.7 电源电路设计

4.8 本章小结

第五章 软件设计及分析

5.1 软件设计思想

5.2 资源分配

5.3 软件组成

5.4 主模块设计

5.5 数据采样处理模块设计

5.5.1 INT1外部中断程序

5.5.2 数字滤波

5.5.3 标度变换

5.6 控制算法模块设计

5.6.1 PID算法程序

5.6.2 模糊自整定算法程序

5.7 人机接口模块设计

5.7.1 按键处理

5.7.2 显示处理

5.8 串行通信模块设计

5.9 输出控制模块设计

5.10 系统的抗干扰设计

5.11 本章小结

第六章 系统调试

6.1 系统前期调试

6.1.1 软硬件联合仿真虚拟实验室的组建

6.1.2 功能子程序的调试

6.1.3 程序流程（时序）的调试

6.2 系统后期调试

6.3 本章小结

第七章 试验研究及结果分析

7.1 温度采集试验

7.1.1 试验材料与方法

7.1.2 试验结果分析

7.2 温度控制试验

7.2.1 控制器采样周期的确定

7.2.2 控制器性能参数的确定

7.2.3 试验材料与方法

7.2.4 试验结果与分析

第八章 结论与展望

8.1 结论

8.2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文