基于ARM的电磁烘缸干燥装置智能控制系统研究

论文摘要

烘缸是造纸机中一个很大的耗能元件，作为造纸行业节能环保的一个突破口，电磁感应加热是一种新型的纸张干燥技术。纸机用电磁烘缸具有燥效率高、辅助设备投入少和能源利用率高等优点，在节能降耗的大背景下，纸机用电磁烘缸在造纸企业中的应用前景变得更加广阔。纸机电磁烘缸在纸张的干燥过程当中，由于存在各种的外界干扰因数，使得纸机电磁烘缸的控制参数易变，非常不稳定。特别是电磁烘缸温度控制具有非线性、时滞性等特点，加大了纸机电磁烘缸自动化控制的不确定性，降低了电磁烘缸控制系统的稳定性和控制精度。本文研究了一种纸机用电磁烘缸智能控制系统，可以有效的控制电磁烘缸温度，使得系统具有较强的抗干扰力、良好的动态性能和稳态精度。本文从纸机用电磁烘缸的系统整体设计、智能控制系统平台的搭建及控制系统软硬件的实现等几个方面来对整个系统进行阐述，其主要内容包括以下几个方面：（1）完成智能控制系统的硬件设计，依托ARM9微处理器S3C2440作为主控制芯片，同时对其外围电路进行搭建。文中对S3C2440介绍之后，对温度检测模块进行了设计，完成了IGBT驱动控制电路的搭建。另外，完成高精度AD转换芯片AD7705驱动电路的设计，改进了纸机用电磁烘缸内置加热线圈位置的设置，采用分组多列式布局。（2）系统软件层面，完成了嵌入式操作系统Linux的移植和QT4的安装，实现了linux操作系统的自动运行和引导，为控制系统应用程序的稳定运行，提供了一个良好的软件环境。（3）对linux操作系统上硬件设备驱动程序的相关概念及其开发过程进行了简单的阐述后，分别完成了AD数据转换模块、模糊控制算法及RS-232模块等应用程序的设计，并通过QT/e软件开发设计了智能控制系统的友好图形用户界面，完成了上位机的组态。（4）模糊自适应PID控制器设计的研究。在Simulink环境中建立电磁烘缸温模糊控制系统的仿真模型，分别对常规PID控制和模糊自适应PID进行仿真对比和分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究背景和意义
• 1.3 纸机用电磁烘缸研究现状
• 1.3.1 电磁烘缸装置的研究
• 1.3.2 电磁烘缸在纸张干燥中的应用效果
• 1.3.3 电磁烘缸的自动控制研究
• 1.3.4 电磁烘缸的其他相关研究
• 1.4 论文主要结构和内容
• 第2章 纸机用电磁烘缸智能控制系统整体设计
• 2.1 S3C2440A 微控制器
• 2.1.1 ARM 简介
• 2.1.2 S3C2440A 结构及特点
• 2.2 电磁烘缸加热线圈位置改进
• 2.3 测量模块
• 2.3.1 红外温度测量技术
• 2.3.2 TIH06 型红外传感器
• 2.4 数据采集控制模块
• 2.4.1 AD7705 简介
• 2.4.2 AD7705 数据采集电路设计
• 2.5 数据显示模块
• 2.6 电磁加热控制模块
• 2.6.1 电磁感应加热原理
• 2.6.2 电磁感应加热电源
• 2.6.3 IGBT 器件
• 2.6.4 控制回路
• 2.7 串行通讯电路
• 2.8 数据存储模块
• 2.8.1 数据库设计
• 2.8.2 USB 设备存储模块
• 2.9 本章小结
• 第3章 智能控制器的设计
• 3.1 智能控制理论概述
• 3.1.1 智能控制系统的分支
• 3.1.2 智能控制国内外研究现状
• 3.2 模糊控制原理
• 3.3 模糊自适应 PID 概述
• 3.4 模糊自适应 PID 控制器设计
• 3.4.1 模糊化设计
• 3.4.2 控制规则
• 3.5 电磁烘缸模糊控制系统仿真
• 3.5.1 Matlab 简介
• 3.5.2 电磁烘缸模糊控制系统仿真
• 3.6 结果分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 嵌入式操作系统 Linux 的移植和 QT4 的安装
• 4.1 操作系统的选择
• 4.2 嵌入 Linux 平台构建
• 4.3 Linux 系统对 YAFFS 文件系统的支持
• 4.4 Linux 操作系统的移植
• 4.4.1 内核源码结构
• 4.4.2 内核中添加对 S3C2440 的支持
• 4.4.3 修改平台的时钟
• 4.4.4 利用默认的配置单制作 TQ2440/SKY2440 的配置单
• 4.4.5 编译镜像
• 4.5 Linux 应用程序设计
• 4.5.1 Linux 底层设备驱动程序定义以及模块加载
• 4.5.2 Linux 设备分类
• 4.5.3 设备号
• 4.5.4 字符设备驱动程序设计流程
• 4.6 Qt/Embedded 的移植
• 4.6.1 宿主机上的移植
• 4.6.2 QT4 的安装
• 4.6.3 QT4 建立程序源码
• 4.6.4 QT4 文件系统的制作
• 4.7 SQLite 的移植
• 4.8 本章小结
• 第5章 智能控制系统的软件实现
• 5.1 AD 驱动程序编写
• 5.1.1 A/D 片内寄存器
• 5.1.2 A/D 驱动程序的设计
• 5.1.3 修改系统内核的 Makefile 和 Kconfig 文件
• 5.1.4 A/D 设备的测试程序
• 5.2 数据存储
• 5.3 模糊自适应 PID 控制的程序编写
• 5.4 QT 交互界面及数据存放
• 5.4.1 QT 交互界面
• 5.4.2 数据存放
• 5.5 RS232 串口程序设计
• 5.6 系统上位机编程
• 5.6.1 MCGSE 组态软件简介
• 5.6.2 脚本驱动开发
• 5.6.3 上位机人机界面
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 后续工作及展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间主要科研成果
• 一、发表学术论文
• 二、其它科研成果