基于模糊PID控制的智能化配料秤仪表的设计与实现

作     者：李牡丹 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李丽宏

授予年度：2008年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 

主      题：动态称重 智能化 配料秤 模糊PID控制 称重仪表 

摘      要：随着传感器、微机技术和智能控制理论的崛起,称重技术得到了迅速发展,称重仪表在数字化、微型化和智能化等方面都有了长足的进步,称重仪表的研究与开发也进入了一个新的阶段。配料皮带秤作为一种动态控制型衡器,广泛应用于冶金、煤炭、化工、建材等行业的物料配料中,因此进一步采用新技术,提高动态称重的准确度,增强智能控制功能是目前配料皮带秤仪表研究与发展的趋势。本文是以山西万立科技有限公司太原高新区2007年度创新基金科技攻关项目“基于智能模糊控制的嵌入式称重系统项目(2007—KG35)为背景进行撰写的。 本文重点分为两部分,一是为了满足配料秤系统数据采集的安全性和可靠性,选用双通道信号采集单元,并在系统中实现了双路运算与处理;二是为了增强仪表的智能性,在PID调节输出中提出了采用模糊PID控制的方法。目前的配料秤系统通常采用传统的PID控制算法,3个参数事先被预置好,现场操作人员需要根据实际情况和经验来确定合适的控制参数,这个过程往往需要花费较长时间,而且控制对象容易受到现场各种因素的影响,确定了的参数无法满足这些变化。而采用模糊PID控制可以将现场操作人员的控制经验变成计算机可以接受的数学模型,让计算机代替操作人员进行有效地控制,实时在线调整PID参数,从而达到控制要求。 本论文主要包括五个部分对系统进行设计: 第一部分介绍了配料皮带秤系统的组成结构和工作原理。 第二部分介绍了智能化配料秤仪表硬件设计的原理及其实现,详细介绍了各硬件的组成及相关功能。主要包括:ADuC845单片机系统、重量信号输入、速度信号采集、时钟与数据存储、液晶显示与键盘接口、微型打印机接口、4～20mA电流输出、开关量输出、电源单元。 第三部分介绍了模糊PID控制器的设计原理及实现步骤。对配料秤仪表中采用模糊PID控制进行了详细的分析与设计,最终将调节PID参数的控制查询表变成计算机可以接受的数学模型,用单片机实现对模糊控制查询表的存储与查询,从而实现对PID控制参数的实时修改。 第四部分介绍了智能化配料秤仪表软件程序设计。主要介绍了主函数、系统初始化、数据处理、模糊PID调节输出、通讯任务等几个部分。 第五部分对智能化配料秤仪表性能进行测试并得出了结论,基本满足GB/T 7724-1999要求;对配料秤系统采用模糊PID调节输出的方法进行了仿真,结果表明采用模糊PID调节输出能更好地适应被控对象的变化。同时对将来提高仪表的精度及实际应用提出了新的展望和见解。