番茄酱灌装控制系统的优化设计

论文摘要

自动定量计量与包装是许多流程工业生产线末端的一项工艺环节。本课题是以新疆某番茄酱厂生产过程信息集成及控制优化项目（新疆维吾尔自治区科技攻关和重点项目计划—新疆制造业信息化示范工程）为背景,对番茄酱灌装工艺的控制进行优化设计,以提高其动态响应性能和计量精度。论文在广泛的文献检索和现场调研的基础上,从系统的广义质量出发,对系统进行了功能优化设计、动态优化设计、智能优化设计及可视优化设计,从而得出一套完整、有效、高性能的番茄酱灌装控制系统方案。通过对灌装系统的工作过程、工作原理的详细分析,本文在软硬件方面都进行了改进。硬件方面主要是通过弯管方式削减茄酱流体对称重计量装置的冲击力;软件方面对控制系统部分采用了智能优化设计;传统的经典控制方法是建立在数学模型的基础上的,没有数学模型,这些经典的控制方法是很难获得良好的动态和静态性能的。模糊控制实际上是一种基于知识的无模控制方法,模糊动态系统建模和分析的实质在于用具有算法结构的语言模型对不确定、大惯性、参数飘逸大、并高度复杂的动态系统进行足够准确的定性描述。本文通过基本二维模糊控制和参数自适应模糊PID两种控制方法进行仿真和比较,确定适合番茄酱自动定量计量包装系统的控制方法。采用研华的多功能PCI总线数据采集卡PCI-1711设计了基于PC的数据采集系统,通过中断传输方式,完成了数据的采集。通过模拟实验和程序的监控运行的结果,可以得出本论文的研究结论和成果将对番茄酱流体定量计量包装的应用提供依据和理论指导。本文使用图形化的编程语言LabVIEW开发了控制系统软件,为用户提供了人性化的控制界面,方便了用户的使用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 序言
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 计量包装国内外发展状况
• 1.2.1 常用的计量包装方法及原理
• 1.2.2 动态定量称重过程的分析
• 1.3 番茄酱定量计量包装的特点和难点
• 1.3.1 番茄酱加工工艺流程
• 1.3.2 番茄酱包装存在的问题
• 1.3.3 番茄酱自动定量计量包装系统改进存在的主要技术难点
• 1.4 本论文主要研究内容
• 第2章 番茄酱流体动态定量计量包装系统建模
• 2.1 称重系统静态数学模型
• 2.2 称重系统动态数学模型
• 2.2.1 动态数学模型
• 2.2.2 动态补偿器的设计
• 2.2.3 番茄酱流体动态定量计量控制系统数学模型的考虑
• 第3章 番茄酱流体冲击力的计算与补偿方法
• 3.1 流体力学基础知识
• 3.1.1 流体运动的粘滞性
• 3.1.2 表面张力
• 3.2 流体静力学
• 3.2.1 质量力
• 3.2.2 表面力
• 3.3 流体流动的基本原理
• 3.3.1 质量守恒方程
• 3.3.2 动量守恒积分方程
• 3.3.3 能量守恒积分方程
• 3.4 番茄酱冲击力的计算、减小和消除的补偿方法
• 3.4.1 番茄酱流体在稳定流量条件下冲击力的估算
• 3.4.2 分流法对消番茄酱流体的冲击力研究
• 3.4.3 降膜条件下的番茄酱冲击力分析与补偿
• 第4章 番茄酱自动定量包装系统的控制策略
• 4.1 动态称重解决方案
• 4.1.1 模糊控制系统结构
• 4.1.2 在Labview中设计模糊控制器
• 4.1.3 Labview模糊逻辑工具箱的不足及改进
• 4.2 参数自适应模糊PID控制
• 4.2.1 参数自适应模糊PID系统结构
• 4.2.2 参数自适应模糊PID控制器的设计
• 4.3 控制系统仿真
• 4.3.1 仿真程序
• 4.3.2 基本二维模糊控制器的仿真
• 4.3.3 参数自适应模糊PID控制器的仿真
• 4.3.4 仿真时参数调整方法
• 4.3.5 仿真结论
• 第5章 高速数据采集系统设计
• 5.1 高速数据采集关键技术
• 5.1.1 基于PCI总线的高速数据采集
• 5.1.2 FIFO存储器技术
• 5.1.3 中断与DMA数据传输方式
• 5.2 多功能PCI总线数据采集卡PCI—1711
• 5.2.1 PCI-1711 性能简介
• 5.2.2 模拟信号输入输出电气连接
• 5.3 PCI-1711 中断方式数据采集原理
• 5.3.1 中断数据采集硬件工作原理
• 5.3.2 中断数据采集驱动程序设计
• 5.4 采样数据的数字滤波
• 5.4.1 数据预处理的必要性
• 5.4.2 数字滤波技术分析
• 第6章 系统的模拟实验
• 6.1 LabVIEW运行控制技术
• 6.1.1 LabVIEW运行控制技术
• 6.2 基于LabVIEW的数据采集程序的实现
• 6.3 通讯实现
• 6.3.1 FinsGateway的设置
• 6.3.2 OMRON-OPC的设置
• 6.4 基于LabVIEW的模糊PID控制算法实现
• 6.5 系统程序的总体结构
• 6.6 系统模拟实验结果
• 第7章 结论
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢