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基于AVR单片机的平板硫化机控制系统的设计与研究

作　者: 胡如龙
导　师: 孟志强
学　校: 湖南大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 硫化温度控制平板硫化机模糊自适应PID PT100 过零调功
分类号: TQ330.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 311次
引　用: 3次
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内容摘要

在橡胶工业中,硫化工艺是最后一个工艺过程,也是最为关键的一个环节。作为橡胶硫化主要设备的平板硫化机必须具备控制硫化条件(硫化温度、硫化时间和硫化压力)的能力,其控制的精度将直接影响橡胶硫化制品的质量好坏。通过分析可知,平板硫化机系统的温度是一种不确定、大惯性、非线性严重的控制对象,在实际生产中,普遍存在温度控制精度不高,达不到国家硫化标准的问题。因此实现平板硫化机高精度的温度控制以提高橡胶制品质量对橡胶工业生产具有重大的现实意义;硫化压力通常不是硫化化学反应的必要条件,但却是绝大多数橡胶制品硫化的必要条件,因此实现平板硫化机高精度的压力控制也是提高橡胶制品质量的必要因素;硫化时间也是硫化化学反应必要的条件,其控制精度的高低关系到硫化结果的成败。本文的研究目的是在改造原有的平板硫化机控制系统的基础上,开发出一个控制精确、价格适宜、稳定可靠的平板硫化机控制系统,以实现对硫化条件的精确控制。本文在分析国内外平板硫化机控制系统发展现状的基础上,对PID控制的基本原理和模糊控制的基本原理作了简单介绍和对比。根据硫化过程中温度存在的非线性、大滞后和大干扰的实际情况,为解决PID参数难以整定以及减小未建模、动态工况和模型误差对控制效果产生的影响,本文探讨了模糊自适应PID算法在平板硫化机温度控制中的应用。通过对常规PID和模糊自适应PID的仿真结果进行分析对比,证明模糊自适应PID控制方法具有较小的超调量和较短的调节时间,良好的动、静态特性,以及更好的适应性和鲁棒性,优于常规的PID控制。本文结合目前所具备的实验条件,并根据用户的要求,研究与设计了采用高性能的AVR单片机作主控制器,利用PT100铂电阻温度传感器组成的电桥电路检测系统温度,采用全周波双向可控硅过零调功电路实现温度调节控制的平板硫化机自动控制系统。该控制系统配备了掉电实时数据保存电路、功率MOS管开关量输出电路、YXD-19264AG图形点阵液晶显示电路、基于Modbus协议的RS-485串行通讯接口电路等一系列外围电路,使单片微型计算机的硬件和软件资源的功效得到了充分发挥。最后,针对平板硫化机的控制要求高、工作环境恶劣等情况,介绍了常用的抗干扰措施,特别是本文设计中用到的具体的硬件和软件抗干扰措施。设计的样机运行测试结果表明本文研究的方法和设计有效,达到了设计目标。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 国内外平板硫化机的现状和发展趋势  11-12
  1.2 平板硫化机控制技术的发展及现状  12-13
  1.3 项目的背景  13-14
  1.4 本论文研究的主要内容与创新点  14-16
第2章橡胶硫化的基本原理和温度控制  16-31
  2.1 硫化原理  16-19
    2.1.1 硫化的起源  16-17
    2.1.2 硫化的原理与工艺  17-18
    2.1.3 一段硫化  18-19
    2.1.4 二段硫化  19
  2.2 硫化方法  19-20
  2.3 硫化条件  20-25
    2.3.1 硫化温度的作用以及影响因素  21-22
    2.3.2 硫化压力的作用以及加压方式  22-23
    2.3.3 硫化时间的确定以及测量方式  23-25
  2.4 现有主要硫化工艺与技术  25-31
    2.4.1 液压式平板硫化机的分类  25
    2.4.2 平板硫化机的主要结构特点  25-29
    2.4.3 传统平板硫化机电控系统存在的问题及解决方案  29-31
第3章平板硫化机温度控制技术研究  31-48
  3.1 硫化机温度控制原理  31-38
    3.1.1 改造前平板硫化机温度控制原理以及缺点  31-33
    3.1.2 双向可控硅交流调功电路设计  33-38
  3.2 模糊自适应 PID 控制技术  38-41
    3.2.1 PID 控制算法的基本原理  39
    3.2.2 模糊控制系统原理  39-40
    3.2.3 模糊自适应PID 控制器  40-41
  3.3 平板硫化机模糊自适应PID 控制器的设计及其仿真  41-48
    3.3.1 输入、输出变量的模糊化  41-43
    3.3.2 控制规则和模糊参数调节规则的求取  43-45
    3.3.3 模糊推理与输出量解模糊  45
    3.3.4 硫化机外压温度控制的仿真  45-48
第4章平板硫化机温度控制系统硬件和软件设计  48-73
  4.1 平板硫化机控制系统硬件框图及其功能  48-50
  4.2 平板硫化机温度检测的硬件设计  50-60
    4.2.1 温度检测电路的设计  50-52
    4.2.2 测温元件的选择以及精度的校正  52-54
    4.2.3 模数转换电路的设计  54-60
  4.3 压力检测电路的设计  60-61
  4.4 开关量输出电路的设计  61
  4.5 开关量输入电路的设计  61-62
  4.6 基于MODBUS 协议的RS-485 通讯电路的设计  62-64
  4.7 掉电实时数据保存电路的设计  64-66
  4.8 平板硫化机的软件设计  66-73
    4.8.1 平板硫化机软件总体流程图  67-68
    4.8.2 软件主程序初始化流程设计  68
    4.8.3 加热流程模块设计  68-69
    4.8.4 流程操作模块设计  69-73
第5章系统的可靠性设计  73-83
  5.1 引言  73
  5.2 干扰的来源  73-74
  5.3 干扰的分类和耦合方式  74-75
  5.4 干扰产生的后果  75
  5.5 平板硫化机控制系统采用的抗干扰措施  75-83
    5.5.1 硬件措施  76-78
    5.5.2 软件措施  78-83
结论  83-85
参考文献  85-88
致谢  88-89
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  89-90
附录 B 平板硫化机控制器样机照片  90-91
致谢  91

基于AVR单片机的平板硫化机控制系统的设计与研究

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