真空干燥仓模糊控制温控系统的研究

摘要

真空冷冻干燥仓是冻干产品生产线上的核心设备，在此类干燥仓内，温度的控制对冻干产品的质量起着尤为重要的作用。现在国内大部分干燥仓的温度控制都依赖于人工经验，虽有少数生产线实现了自动控制，但也仅属于普通的PID控制，其控制效果不是很理想；而且在生产过程中，经常由于其控制精度低、可靠性差而影响其产品质量。 干燥仓属于一个开放的热力学系统，因其模型比较复杂，故很难为其建立一个精确的数学模型。模糊控制不需要精确的数学模型。它使用了语言型规则和模糊概念，因而其控制本身相对于常规控制具有独特之处；它设计简单，维护方便，对数学模型的精确性要求不高，但它本身却是一个严格的控制系统，对于参数波动和负载干扰的影响具有较强的鲁棒性。 本文从模糊控制的基础理论出发，对模糊控制器的设计方法、单片机及其外围电路的设计运用进行了分析和研究。在此基础上，提出了基于MOTOLOLAMC68HC705C8单片机的真空冷冻干燥仓模糊控制温控系统。文章首先设计出了双输入单输出的模糊控制器，其模糊控制规则能够比较有效地模仿熟练操作人员的经验。文中利用模糊逻辑推理的方法，结合大量的数学运算，离线计算出了简洁方便的模糊控制查询表。最后给出了模糊控制查询的单片机实现方法以及干燥仓模糊控制温控系统的核心控制部分的硬件电路和软件流程。同时，通过仿真实验，论证了模糊控制器良好的控制效果和较强的鲁棒性。 系统的智能测控由上下位机实现，下位机(MOTOLOLAMC68HC705C8)可单独工作。下位机实现对环境参数的采集、处理、显示与模糊控制。上位机(PC机)管理软件由VB6.0程序实现，完成环境数据的显示、存储、打印、在线监测控制与建立专家知识库等功能。 该温控器的研制，将大大提高真空冷冻干燥生产线的生产效率，能够有效地提高冻干产品的质量，解放劳动生产力，降低生产成本，具有较大的经济价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1国际、国内冻干技术的发展及冻干产品的市场前景

1.2控制技术的发展

1.3模糊控制与常规控制的比较

1.4真空干燥技术及其工艺流程

1.4.1真空干燥技术

1.4.2真空干燥技术工艺流程

1.5课题概述

1.5.1开发背景

1.5.2真空干燥温度控制中存在的问题

1.6本课题的研究任务

1.7小结

第二章干燥仓模糊控制系统方案设计

2.1系统方案概述

2.2主要性能和特点

2.2.1下位机应具备的性能和特点

2.2.2上位机应具备的性能和特点

2.3主要技术参数

2.4小结

第三章基本模糊控制器

3.1模糊逻辑与模糊推理

3.1.1模糊逻辑

3.1.2模糊语言

3.1.3模糊推理

3.2模糊控制原理

3.2.1模糊控制的基本思想

3.2.2模糊控制系统的基本组成

3.3模糊控制器的设计

3.3.1模糊控制器的结构设计

3.3.2模糊控制器的规则设计

3.3.3模糊查询表的建立

3.4模糊推理与模糊判决

3.5小结

第四章系统的硬件设计

4.1系统结构

4.2控制器线路设计

4.3串行通讯

4.3.1串行通讯原理

4.3.2 RS-232C串行通讯接口电路

4.3.3 MC68HC705C8单片机的串行通讯接口(SCI)

4.4传感器的选择

4.4.1温度传感器

4.4.2湿度传感器

4.4.3气压传感器

4.5抗干扰设计

4.5.1一般抗干扰措施

4.5.2过程通道抗干扰措施

4.5.3“看门狗”电路

4.6执行部件

4.7电源电路

4.8小结

第五章系统的软件设计

5.1上位机模块程序设计

5.1.1用户界面设计

5.1.2利用MSComm控件实现串行通信

5.1.3利用ACCESS数据库进行数据处理

5.2下位机各模块程序设计

5.3小结

第六章系统仿真实验及结果

6.1干燥仓温控系统的结构模型

6.2微分方程的建立

6.3增量微分方程的建立

6.4模糊控制器仿真实验及其结果

6.4.1系统性能调试

6.4.2模糊控制与常规PID控制仿真比较

6.4.3改变对象模型结构的模糊控制仿真结果

6.4.4外部扰动仿真结果

6.5小结

结论

攻读学位期间公开发表的论文

参考文献

附录

附录1科学研究资金资助项目合同书(NDKF 0406)

附录2人工控制真空冷冻干燥物品工艺曲线

1、大蒜片干燥工艺曲线

2、牛肉干燥工艺曲线

附录3真空仓真空度＜60PA后实测温度统计表

附录4铂热电阻PT100电阻—温度分度表

附录5模块程序

致谢