漆包机烘炉温度的多变量解耦嵌入式控制系统设计

【摘要】：漆包线是电器、电机、工业生产设备的主要原材料。本文主要对漆包线生产过程中的漆包机烘炉内部温度控制系统进行研究,该温度控制系统是一种比较复杂的多变量耦合系统,具有非线性、强耦合、大时滞等特征。本文采用解耦反前馈控制技术结合模糊PID控制方法设计了漆包机烘炉温度的嵌入式控制系统,提高了烘炉温度的控制精度,从而提高漆包线的生产质量。本文叙述了漆包机烘炉温度系统的数学模型,运用增益分析方法分析漆包机烘炉内部通道之间的耦合程度,分析了漆包机内部四个热风通道之间的耦合关系,采用了一种针对被控对象的反前馈解耦控制系统的设计方法,并对各个通道设计了解耦补偿器。同时,本文对模糊PID算法进行了深入的分析与研究,采用了反前馈的解耦控制结合模糊PID控制算法的策略,并进行仿真实验研究。实验结果表明,本文采用的解耦控制策略能够减小系统的超调量,使系统四个通道的温度能够更快的趋近稳定状态,保持系统各个通道的温度误差在允许范围之内。提出了分布式温度嵌入式控制系统的设计方案,设计了STM32F103模糊主控制器、各通道温度采集模块、总线通信模块、电机调速模块(执行单元)以及人机交互界面等模块。采用STM32F103作为主控芯片,在主控芯片中实现了模糊PID解耦控制算法。主控制器通过温度信号采集再经过控制软件处理,输出控制信号到执行单元。其中,主控制单元与执行单元由总线电路实现总线上子节点与主节点之间的通信。采用分布式控制结构提高了系统的扩展性、可靠性。在软件设计上采用C语言在KEIL上进行软件编程。实验研究表明,本文设计的漆包机烘炉温度的多变量解耦嵌入式控制系统能够将热风通道之间的耦合影响减小到最小,系统温控点能够更快的达到稳定状态。同时,烘炉内部的温度误差能够控制在允许范围之内,继而减少了电能的消耗,使得烘炉内部燃烧的更加充分减少了污染尾气的排放,大大提高了漆包线的质量。