基于DSP的回转窑控制系统的设计

论文摘要

回转窑是生产中的大能耗与高污染设备,在水泥的工业生产过程中,燃料如果燃烧不够合理,既会造成能源浪费,又会给环境造成污染,而且,员工工作环境的危险系数较高。因此,对回转窑系统的智能监控成为该行业的研究主题。文章阐述了水泥窑炉的工艺流程,通过分析工业回转窑的生产过程,及回转窑系统的特点,了解测控系统的大体框架,确定回转窑系统的控制参数与测量参数,为以DSP为控制核心的硬件系统的构建、系统模型的建立以及控制算法的应用奠定基础。根据国内外相关技术的应用与发展,设计了基于DSP应用的回转窑控制系统。该系统以TI公司的TMS320LF2407A为控制核心来检测、处理、反馈信号,并通过RS232完成与上位PC机的控制指令与数据的传输,从而实现回转窑系统的预测控制。同时,针对LF2407A芯片的特点,结合系统需求,设计了存储器扩展、电源、通信接口、JTAG接口、复位电路。综合考虑回转窑系统的整体状态,分析其特征,建立系统数学模型,并依据一系列输入输出数据,利用Matlab软件来实现参数辨识,确立了较为准确的参数模型。研究广义预测控制算法,并通过Matlab仿真,应用到建立的参数模型上,验证其控制效果确实不错,用C语言实现了控制算法的编程。算法程序调试主要是通过CCS开发软件实现的,首先连接硬件电路,同时在PC机上配置调试环境,再根据其软件编程步骤,对DSP头文件、中断向量、链接命令等进行编译。文章最后,基于LF2407A开发板对软件部分运行调试,利用探针与断点对算法源代码的运行情况进行观测,并通过数据的输入输出,证实控制算法程序流程的正确性。本文利用Matlab建立了准确的参数模型,并进行预测控制仿真,证实其优越性,是适合回转窑系统的智能控制方法。对硬件电路的考虑,不拘泥于广泛使用的PLC现场控制,从DSP应用角度出发,控制效果与操作速度都得到提高,为回转窑系统的控制提供了有效的参考途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 回转窑控制系统的发展与现状
• 1.3 本论文的工作内容
• 第2章 回转窑控制系统总体架构设计
• 2.1 水泥回转窑工艺流程简介
• 2.2 回转窑系统测控参数的设定
• 2.2.1 回转窑系统工艺参数
• 2.2.2 回转窑系统测控参数的设定
• 2.3 总体方案的设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 回转窑系统控制算法研究
• 3.1 系统建模
• 3.1.1 模型结构的确定
• 3.1.2 MATLAB参数辨识
• 3.2 回转窑系统的预测控制
• 3.2.1 广义预测控制原理概述
• 3.2.2 广义预测控制在回转窑系统中的应用
• 3.3 控制效果的MATLAB仿真
• 3.3.1 传统PID控制效果
• 3.3.2 广义预测控制仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 回转窑控制系统硬件设计
• 4.1 主控芯片TMS320LF2407A概述
• 4.2 控制系统组成与功能分析
• 4.3 模拟信号处理模块
• 4.3.1 信号调理电路
• 4.3.2 A/D转换电路
• 4.3.3 降噪处理
• 4.4 电机驱动模块
• 4.5 DSP控制模块
• 4.5.1 存储器扩展电路
• 4.5.2 通信接口电路
• 4.5.3 JTAG接口电路
• 4.5.4 电源电路
• 4.5.5 时钟电路
• 4.5.6 复位电路
• 4.6 本章小结
• 第5章 回转窑控制系统软件设计
• 5.1 DSP开发软件CCS简介
• 5.2 DSP软件编程步骤
• 5.3 基于CCS平台的系统软件设计
• 5.3.1 调试环境配置以及DSP头文件
• 5.3.2 主程序介绍
• 5.3.3 中断向量定义文件
• 5.3.4 链接命令文件
• 5.4 本章小结
• 第6章 软件调试
• 6.1 DSP开发板硬件连接
• 6.2 CCS环境下算法程序调试
• 6.3 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附录A 数据样本