使用單片機對塑料包裝機" title="包裝機">包裝機封口溫度進行控制,采用了高精度的熱電偶溫度測量" title="溫度測量">溫度測量的方法以及溫度的模糊控制" title="模糊控制">模糊控制方法,具有溫度控制精度高,控制溫度平穩(wěn)的特點,在實際當中取得了較好的控制效果。
引言
塑料包裝機在工作時,封口溫度的高低會直接影響產品質量,溫度過高或過低,都會造成產品的缺陷,影響產品的美觀。所以在包裝機中,對封口的溫度控制是十分重要的。我們在研制包裝機控制的過程中,使用單片機對塑料包裝機封口溫度進行單獨控制,為達到較好的控溫效果,采用了模糊控制方法。經試驗,系統(tǒng)具有控溫精度高、控溫平穩(wěn)的特點,取得了較好的控制效果。
1 系統(tǒng)的構成
整個裝置由電偶測溫" title="測溫">測溫部分,模糊控制部分,輸出控制部分及單片機系統(tǒng)四個部分組成,圖中單片機采用Atmelr AT89C51,它有4K的 FLASH程序存儲器、128字節(jié)的RAM,32根I/O 口線、2個16位定時器和一個全雙工的串行口。具有較強的指令系統(tǒng),并有較好的開發(fā)工具的支持,足以完成對包裝機的封口溫度的控制任務。該控制采用熱電偶作為溫度測量的傳感器,測得的溫度參數(shù)經處理后作為模糊控制的輸入量,用模糊算法得到輸出的控制量,用于控制封口加熱裝置的加熱功率來實現(xiàn)溫度的控制。
2 溫度的精確測量
在包裝機的溫度控制中,采用熱電偶作為測量溫度傳感器。熱電偶具有結構簡單,測溫范圍大,響應快的特點,所以得到廣泛的應用。但熱電偶也存在輸出非線性,所測的溫度與熱電偶的冷端溫度有關等不足之處。
溫度的測量由多路開關、小信號儀用放大器、A/D" title="A/D">A/D轉換器和冷端測溫電路組成。其中A/D轉換電路使用具有多通道輸入的串行12位:A/D轉換器TLC2543。儀用放大器選用高精度的AD620N。冷端溫度的測量采用AD590 作為測量傳感器。
用這種方法測溫,可在較寬的溫度范圍內得到精確的溫度測量結果。
3 模糊控制的基本結構與算法
在測得精確的溫度值的同時,需要有好的控制算法完成對包裝機封口的溫度控制。在本裝置中,使用模糊控制的方法來進行控制。
3.1 模糊化
在本系統(tǒng)中,模糊化就是要把輸入變量的精確值離散化,變?yōu)樵O定的整數(shù)論域中的元素。將要求達到的設定溫度ts與通過熱電偶測得的溫度t 的差值E作為模糊控制的一個輸入量U的變化率△E=dE/dt作為模糊控制的另一個輸入量,輸出量‘用于控制脈沖寬度調制PWM電路的輸出,PWM電路根據(jù)此值輸出相應脈寬的脈沖來控制加熱功率的大小。
3.2 隸屬度函數(shù)和語言變量的確定
將差值變量、差值的變化率及輸出控制量的模糊量的語言值分為7檔(負大、負中、負小、零、正小、正中、正大),用符號表示為:NB NM NS ZE PS PM PB ;模糊子集的隸屬度函數(shù)選用三角形波形的隸屬函數(shù)對E △E U進行賦值。
3.3 模糊控制規(guī)則的設計
模糊控制器的控制規(guī)則基于專家或操作者的經驗和技能得出,控制規(guī)則的生成方法有很多,在此采用人工的控制經驗,即根據(jù)系統(tǒng)階躍信號的響應確定。得出下面的模糊控制規(guī)則表,如表1 所示。模糊控制規(guī)則表表示了一組控制規(guī)則,表征了模糊系統(tǒng)的模糊關系,由控制規(guī)則可求出模糊關系矩陣R。
3.4 模糊推理
在本系統(tǒng)中,由于處理的物理量是溫度,反應并不要求十分迅速,因此,可選用激活規(guī)則推理" title="規(guī)則推理">規(guī)則推理的方法來實現(xiàn)模糊控制的實時處理,即采用模糊化———規(guī)則計算———解模糊的實時處理過程。激活規(guī)則推理的方法是:根據(jù)輸入量依次激活各條規(guī)則,對每一條規(guī)則,計算輸入對各隸屬函數(shù)的隸屬度,即模糊化,并取最小的值作為該規(guī)則對輸出量的推薦值。然后將所有的規(guī)則得到的推薦值進行合并,采用面積重心法求解,得到在當時輸入時的模糊控制的輸出量。采用這種方法的優(yōu)點是:占用的存儲器比較少,便于調整,可用于較復雜的模糊推理系統(tǒng)。經模糊規(guī)則推理得到的輸出量用于控制PWM電路的輸出。