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塑料包装机封口温度的模糊控制方法

来源: 中国计量测试学会温度专业委员会 更新日期:2011年10月11日

  塑料包装机封口温度的模糊控制方法摘要:硬车削也许不如想象的难低碳钢A-TIG焊接方法的试验研究两相交铣削平面的数学处理世界机床工业国际化发展趋势剃齿工艺的现状及其与磨齿工艺的比较夏利将启动发动机技术改造专案快速而且精确的复合式切割设备机械故障的形成及其特性分析Inventor和CAXA的文件交换及应用电弧超声技术及其工业应用基于Pro/MECHANICA的机床拖板有限元模态分析机床传动误差测量方法冲压工艺分类数控加工自由曲面时刀具干涉的判别直线轴承LM与LME代号基本含义ABB变频器的常见故障及维修对策交大昆机落地铣镗床全部数控化双转台五轴数控机床后置处理算法研究热处理油选用要注意的环节CAXA数控车实用教程[标签:tag]引言塑料包装机在工作时,封口温度的高低会直接影响产品质量,温度过高或过低,都会造成产品的缺陷,影响产品的美观。所以在包装机中,对封口的温度控制是十分重要的。我们在研制包装机控制的过程中,使用单片机对塑料包装机封口温度进行单独控制,为达到较好的控温效.

  引言

  塑料包装机在工作时,封口温度的高低会直接影响产品质量,温度过高或过低,都会造成产品的缺陷,影响产品的美观。所以在包装机中,对封口的温度控制是十分重要的。我们在研制包装机控制的过程中,使用单片机对塑料包装机封口温度进行单独控制,为达到较好的控温效果,采用了模糊控制方法。经试验,系统具有控温精度高、控温平稳的特点,取得了较好的控制效果。

  1系统的构成

  图1给出了系统的控制结构,整个装置由电偶测温部分,模糊控制部分,输出控制部分及单片机系统四个部分组成,图中单片机采用Atmelr AT89C51,它有4K的FLASH程序存储器、128字节的RAM,32根I/O口线、2个16位定时器和一个全双工的串行口。具有较强的指令系统,并有较好的开发工具的支持,足以完成对包装机的封口温度的控制任务。该控制采用热电偶作为温度测量的传感器,测得的温度参数经处理后作为模糊控制的输入量,用模糊算法得到输出的控制量,用于控制封口加热装置的加热功率来实现温度的控制。

  2温度的精确测量

  在包装机的温度控制中,采用热电偶作为测量温度传感器。热电偶具有结构简单,测温范围大,响应快的特点,所以得到广泛的应用。但热电偶也存在输出非线性,所测的温度与热电偶的冷端温度有关等不足之处。

  温度的测量由多路开关、小信号仪用放大器、A/D转换器和冷端测温电路组成,如图2所示。图中A/D转换电路使用具有多通道输入的串行12位:A/D转换器TLC2543。仪用放大器选用高精度的AD620N。冷端温度的测量采用AD590作为测量传感器。

  用这种方法测温,可在较宽的温度范围内得到精确的温度测量结果。

  3模糊控制的基本结构与算法

  在测得精确的温度值的同时,需要有好的控制算法完成对包装机封口的温度控制。在本装置中,使用模糊控制的方法来进行控制。

  3.1模糊化

  在本系统中,模糊化就是要把输入变量的精确值离散化,变为设定的整数论域中的元素。将要求达到的设定温度ts与通过热电偶测得的温度t的差值E作为模糊控制的一个输入量U的变化率△E=dE/dt作为模糊控制的另一个输入量,输出量’用于控制脉冲宽度调制PWM电路的输出,PWM电路根据此值输出相应脉宽的脉冲来控制加热功率的大小。

  3.2隶属度函数和语言变量的确定

  将差值变量、差值的变化率及输出控制量的模糊量的语言值分为7档(负大、负中、负小、零、正小、正中、正大),用符号表示为:NB NM NS ZE PS PM PB;模糊子集的隶属度函数选用三角形波形的隶属函数对E△E U进行赋值。输入输出模糊子集的隶属函数如图3。

  3.3模糊控制规则的设计

  模糊控制器的控制规则基于专家或操作者的经验和技能得出,控制规则的生成方法有很多,在此采用人工的控制经验,即根据系统阶跃信号的响应确定。得出下面的模糊控制规则表,如表1所示。模糊控制规则表表示了一组控制规则,表征了模糊系统的模糊关系,由控制规则可求出模糊关系矩阵R。其形式为:

  3.4模糊推理

  在本系统中,由于处理的物理量是温度,反应并不要求十分迅速,因此,可选用激活规则推理的方法来实现模糊控制的实时处理,即采用模糊化———规则计算———解模糊的实时处理过程。激活规则推理的方法是:根据输入量依次激活各条规则,对每一条规则,计算输入对各隶属函数的隶属度,即模糊化,并取最小的值作为该规则对输出量的推荐值。然后将所有的规则得到的推荐值进行合并,采用面积重心法求解,得到在当时输入时的模糊控制的输出量。采用这种方法的优点是:占用的存储器比较少,便于调整,可用于较复杂的模糊推理系统。经模糊规则推理得到的输出量用于控制PWM电路的输出。

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