基于ARM和模糊-PID挤塑机温度控制系统的研究

论文摘要

电线电缆是国家经济建设的一项重要的产业,在铁路通信中,皮泡皮通信电缆因为其具有与其它电缆相同性能的情况下,直径小、成本低、重量轻的特点,得到了人们的青睐。而在单线挤塑机中的温度控制直接影响电缆的性能质量。温度控制的可靠与否及其控制精度的高低已成为决定产品质量的关键,温度控制也成为生产工艺的重要组成部分。在工艺控制当中,应尽量减小其超调量、波动、响应时间和偏差,这对产品的质量,产量和原料的节省都是及其重要的。本文主要针对挤塑机的温度这个参数进行控制。全文主要包括以下几个部分:首先分析了传统PID、和模糊控制的优缺点。在此基础上,系统选用了模糊自适应PID控制算法。在硬件方面,在分析了系统控制对象的基础上,以LPC2131为控制核心,运用MAX6675采集温度、LCD和键盘作为人机交换平台、以PWM方式对固体继电器进行控制。软件方面,在ARM的集成开发环境ADS1.2下,利用C语言,进行了软件的设计与调试,实现了硬件的配置和整体控制系统的所有功能。同时也实现了用Modbus协议与PC机通讯的下位机部分程序,并运用串口调试助手V2.2测试了其功能性。另外论文详细的给出了控制平台的各个功能程序模块软件流程。通过在实验室对系统进行了模拟实验,该控制平台运行稳定,可靠,实现了预期的功能,证明了将模糊PID算法引入挤塑机温度控制系统当中,改善了系统的控制效果,具有更好的鲁棒性和自适应能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外的研究动态及发展趋势
• 1.3 本文主要工作
• 2 ARM 控制器及其开发
• 2.1 ARM 技术
• 2.2 ARM 的体系结构
• 2.3 体系结构版本
• 2.4 ARM 处理器内核
• 2.5 ARM7TDMI
• 2.6 关于硬件环境的介绍
• 2.6.1 硬件及系统开发平台
• 2.6.2 关于核心芯片LPC2131 的介绍
• 2.6.3 ADS 集成环境
• 2.6.4 EASY JTAG 仿真器
• 2.7 本章小结
• 3 模糊—PID 控制原理
• 3.1 引言
• 3.2 PID 控制原理
• 3.3 数字PID 控制算法
• 3.4 模糊控制
• 3.4.1 模糊控制的基本原理
• 3.5 模糊－PID 控制算法
• 3.5.1 精确量的模糊化
• 3.5.2 模糊规则的确定
• 3.5.3 模糊推理与模糊判决
• 3.6 本章小结
• 4 系统的硬件设计
• 4.1 温度采集控制电路设计
• 4.1.1 热电偶工作原理
• 4.1.2 MAX6675
• 4.1.3 MAX6675 的SPI 串口时序和控制电路
• 4.2 LCD 液晶显示控制电路设计
• 4.3 PWM 输出电路
• 4.4 本章小结
• 5 系统的软件设计
• 5.1 系统主程序
• 5.1.1 系统初始化程序
• 5.1.2 键盘处理程序
• 5.1.3 LCD 显示子程序
• 5.1.4 模糊—PID 控制运算程序
• 5.2 定时采样程序和软件滤波
• 5.2.1 采样值的读取
• 5.2.2 采样值的数字滤波
• 5.3 MODBUS 通讯模块程序
• 5.3.1 MODBUS 协议简介
• 5.3.2 MODBUS 协议设计与实现
• 5.4 本章小结
• 6 系统控制效果试验
• 6.1 模糊-PID 控制效果试验
• 6.2 MODBUS 协议实现实验
• 6.3 本章小结
• 7 结论
• 7.1 本文结论
• 7.2 展望
• 7.3 本章小结
• 致谢
• 参考文献
• 附录