烟叶烘烤系统温湿度智能控制器的研究

摘要

烟叶烘烤是烟叶生产的一个重要环节，在烟叶烘烤过程中，关键是控制烤房内的温度和湿度，使其按照烘烤工艺温度湿度参数的要求变化，才能保证烟叶烘烤的质量。 本文首先介绍了烟叶烘烤系统和四段式烟叶烘烤工艺。针对烟叶烘烤温湿度控制中存在的强时变大时滞非线性的问题，结合积分分离PID控制、模糊自适应控制等理论研究，提出对温湿度采用积分分离PID和模糊控制相结合的控制算法。文中利用Matlab对不同的控制算法进行了仿真实验，仿真试验证明组合温湿度控制算法提高了传统PID算法的适应能力及控制精度。 为了消除温度与湿度之间的耦合，作者提出了一种新的解耦方法—对温度采用静态解耦和对湿度采用改进的模糊解耦，并对不解耦、静态解耦及模糊解耦三种方法作了实验研究。通过曲线比较，证明了对温湿度运用不同的解耦方法有着较好的解耦效果。 然后对模糊解耦温湿度控制算法进行了抗干扰性、鲁棒性的实验研究，由仿真曲线可以看到本文提出的温湿度控制算法具有较好的控制效果。 本文还给出了烟叶烘烤温湿度控制的硬件结构图以及软件系统的总的框图。在硬件部分，主要介绍了LPC2132，温湿度采集电路等。在软件部分对数据采集及处理模块等做了详细的讨论。 我们相信，本文提出的烟叶烘烤控制系统具有超调小、调节时间短、控制精度高、鲁棒性好等优点，有着广泛的推广前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 国内外研究概况

1.4 论文主要研究内容

第二章 烟叶烘烤系统及工艺简介

2.1 烟叶烘烤系统

2.2 烘烤工艺

2.2.1 变黄期

2.2.2 凋萎期

2.2.3 定色干叶期

2.2.4 干筋期

第三章 温湿度控制算法及仿真

3.1 本课题智能算法的提出

3.2 组合PID控制算法

3.2.1 积分分离PID控制

3.2.2. 模糊自适应整定PID控制算法

3.2.3. 组合PID控制算法

3.3 模糊解耦控制

3.3.1 无任何解耦时的温湿度输出响应曲线

3.3.2 静态解耦原理

3.3.3 模糊解耦原理

3.3.4 解耦效果的比较

3.4 模糊解耦温湿度组合控制算法的鲁棒性分析

3.4.1 抗干扰性分析

3.4.2 增益变化的鲁棒性分析

3.4.3 积分时间常数变化的鲁棒性分析

3.4.4 延迟时间变化的鲁棒性分析

3.4.5 增益、时间常数、延迟均发生变化的鲁棒性分析

3.4.6 初始状态改变对仿真曲线的改进

3.4.7 抗干扰性和鲁棒性总结

3.5 本章小结

第四章 控制器硬件电路设计

4.1 烟叶烘烤控制器温湿度控制器特性

4.2 主要技术性能要求

4.3 烟叶烘烤控制器硬件结构设计及实现

4.3.1 LPC2132介绍

4.3.2 温湿度采集电路

4.3.3 I/O口驱动电路

4.3.4 参数设置和显示电路

4.3.5 参数监视电路

4.3.6 系统调试接口电路

4.4 本章小结

第五章 系统软件的设计

5.1 软件系统总流程图

5.2 温湿度采集模块

5.3 智能控制算法模块

5.4 RS232通讯

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致 谢