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茶叶理条机控制系统研究

傅杰  
【摘要】:自21世纪以来,我国国民经济快速发展,人民生活水平持续提高。此背景下,人们对茶叶饮料的需求也随之加大、对其品质要求也随之加高。作为世界上最主要的茶叶生产与消费国,其最主要的茶叶消费是绿茶。而茶叶理条作为绿茶初制过程中的一道关键工序,对绿茶的品质形成起着至关重要的作用。针对茶叶理条工艺存在温度控制精度不高、波动大,且过于依赖人工经验,无法根据不同的情况使用最佳工艺参数理条茶叶,导致茶叶出现色泽变黄、变暗或产生焦味等问题,本文基于模糊算法、模糊PID算法,结合MATLAB/SIMULINK仿真技术设计了茶叶理条工艺参数模糊决策控制器与温度模糊PID控制器,进行了计算机仿真。并设计了控制系统软件与硬件,在茶叶理条机上进行了实验。本人所做主要工作和成果如下:(1)分析了茶叶理条工艺及本文所采用的茶叶理条机机械结构特点及其工作原理;根据物料干燥理论确定了茶叶理条过程主要处于恒速干燥阶段;分析了一阶惯性滞后控制系统,温度控制系统的特点与基本控制方法,建立了理条机温度控制系统传递函数。(2)对PID控制算法、模糊算法、模糊PID控制算法进行了理论研究,再此基础上设计了茶叶理条工艺参数模糊决策控制器和基于改进型PID算法的温度控制模糊PID控制器,并利用MATLAB/SIMULINK计算机软件对其进行了控制系统仿真,设计了控制系统硬件与软件。(3)提出了基于嵌入式技术与模糊控制技术的茶叶理条机控制系统设计方案:采用茶叶湿度等级、品种、投叶量作为输入,通过模糊算法决策得到当前茶叶的最佳理条工艺参数;通过模糊PID温度控制算法进一步提高理条机锅槽温度的控制精度,同时减少温度波动;根据温度偏差适量改变锅槽振动频率。提高了理条机智能化、自动化程度,优化了理条工艺结果。(4)设计了基于ARM Cortex-M3内核微处理器与双模糊算法的茶叶理条机控制系统。结合实际工艺流程,在茶叶理条机上完成了温度与理条实验,对温度控制效果与理条效果进行评估。结果表明,基于双模糊算法与嵌入式技术的茶叶理条机控制系统有效减少了制茶过程中的人为因素干扰,提高茶叶理条品质及茶叶加工机械的智能化水平。本文结合实际制茶经验,提出并设计了一种基于模糊决策与模糊PID控制的茶叶理条机控制系统方案,进行了仿真与实验,得到了良好的锅槽温度控制与茶叶理条效果,为今后茶叶机械智能化研究提供了方法并扩充了研究思路。


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