發(fā)布時間：2017-09-22 08:40

  本文關鍵詞：基于模糊控制的單螺桿擠出機溫度控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

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【摘要】：本課題源于和吉林紡絲院的合作項目,主要是對紡絲過程中的溫度進行控制。在紡絲工業(yè)中,紡絲的主要步驟是:成纖聚合物在螺桿擠出機中加熱熔融,形成的熔體通過計量泵從噴絲孔中擠出形成細流,熔體細流冷卻固化,細條經(jīng)上油和卷繞,被拉伸變細而得纖維。熔體粘度和溫度是熔體紡絲的主要工藝參數(shù),在一定的溫度條件下,熔體粘度主要取決于成纖聚合物的分子量。熔體溫度可利用螺桿擠出機各段的溫度來控制,熔體溫度過高,會導致聚合物降解和形成氣泡;溫度過低,則熔體粘度過高,使得其流動不均勻,在纖維拉伸時易產(chǎn)生絲毛、斷頭等情況。由此可知,出現(xiàn)這兩種情況均使得紡絲過程不能正常進行,從而得知溫度控制的重要性。本課題設計的溫度控制器是對單螺桿擠出機的加熱功率進行控制,在該紡絲院的單螺桿擠出機共有七段加熱區(qū),分別為一區(qū)、二區(qū)、三區(qū)、四區(qū)、五區(qū)、法蘭區(qū)和模頭區(qū),它們之間相互影響。本文講述了溫度控制器的設計過程,首先是簡單介紹選題的意義和國內外現(xiàn)狀;再是描述了整個系統(tǒng)的整體框架,給出了整體的硬件電路的搭建;然后詳細介紹了硬件電路各模塊的搭建,主要有微控制器STM32模塊、溫度采樣測量模塊、電源模塊、通信模塊、功率控制模塊等,具體的實現(xiàn)過程是:溫度采樣測量模塊的加熱部分采用的是單螺桿擠出機的七段加熱爐,經(jīng)過鉑電阻溫度傳感器和max31865進行溫度采樣測量,將其得到的數(shù)字電阻值送入溫控制器進行模糊計算,計算完成后的輸出量經(jīng)過D/A芯片將數(shù)字信號轉換成模擬信號,信號的傳輸采用的是電流傳輸,因此需要進行電壓電流轉化,將得到的4-20m A電流用來控制可控硅導通角,最終達到控制加熱功率調節(jié)溫度的目的;之后進一步介紹了模糊控制理論的產(chǎn)生和應用,同時詳細介紹模糊控制器的設計過程;最后給出了軟件設計流程圖和實驗室調試階段的實驗數(shù)據(jù)以及工業(yè)上的實驗數(shù)據(jù)。該溫度控制器已經(jīng)在吉林紡絲院應用,其具有工作穩(wěn)定、性能可靠、魯棒性好等特點。同時該設備相較于紡絲院原來的溫度控制設備在三個方面進行了改進,首先是在顯示方面,由大體積的溫控柜儀表顯示改進成了小體積的阻態(tài)液晶屏顯示;其次是提高了控制精度,原設備采用的是PID控制,而該設備采用的是模糊控制;最后是過渡時間上的改進,由原來的4小時縮短到現(xiàn)在的2小時,時間上縮短了一倍,提高了工作效率,滿足了項目的驗收條件。
【關鍵詞】：溫度控制器 模糊控制 STM32 MAX31865
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP273
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 課題的提出及意義11
• 1.2 課題研究背景11-14
• 1.2.1 工業(yè)溫度控制器的發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 溫度微機控制系統(tǒng)12-13
• 1.2.3 溫控方案的發(fā)展趨勢13-14
• 1.3 本文研究內容14-15
• 1.4 本章小結15-16
• 第二章 溫度控制器的整體設計方案16-19
• 2.1 多路溫控器的任務需求分析16
• 2.2 溫度控制器的整體方案16-18
• 2.2.1 溫度控制器的功能模塊設計16-18
• 2.2.2 溫度控制器的模糊控制算法18
• 2.3 本章小結18-19
• 第三章 溫度控制器的硬件設計19-33
• 3.1 系統(tǒng)框圖19-22
• 3.2 微控制器簡介22-23
• 3.3 供電模塊設計23
• 3.4 溫度采集電路設計及電阻的非線性校正23-28
• 3.4.1 溫度傳感器的選擇23-25
• 3.4.2 溫度采集電路的設計25-26
• 3.4.3 電阻的非線性校正26-28
• 3.5 功率控制電路設計28-31
• 3.5.1 D/A芯片的選擇28
• 3.5.2 V/I轉換電路設計28-30
• 3.5.3 可控硅的選擇30-31
• 3.6 通信模塊31
• 3.7 人機交互模塊31-32
• 3.8 本章小結32-33
• 第四章 模糊控制算法33-40
• 4.1 模糊理論的產(chǎn)生33-34
• 4.2 模糊控制理論的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢34-38
• 4.2.1 模糊控制理論的研究和應用狀況34-36
• 4.2.2 模糊控制理論的發(fā)展趨勢36-38
• 4.3 模糊數(shù)學知識38-39
• 4.3.1 模糊集合及隸屬函數(shù)38-39
• 4.3.2 模糊算子和模糊關系39
• 4.4 本章小結39-40
• 第五章 模糊控制器的設計40-47
• 5.1 一般模糊控制系統(tǒng)的基本結構及其工作原理40
• 5.2 模糊控制器的基本結構40-41
• 5.3 模糊控制器的設計41-46
• 5.3.1 控制器的輸入輸出變量41-43
• 5.3.2 模糊控制器控制規(guī)則43-44
• 5.3.3 模糊控制器工作過程44-46
• 5.4 本章小結46-47
• 第六章 系統(tǒng)軟件設計及實驗結果47-55
• 6.1 引言47-48
• 6.2 模糊控制算法設計48-50
• 6.3 溫度控制器的實驗數(shù)據(jù)50-54
• 6.3.1 實驗室調試階段50-51
• 6.3.2 工業(yè)生產(chǎn)中的實驗數(shù)據(jù)51-54
• 6.4 本章小結54-55
• 第七章 結論55-56
• 參考文獻56-60
• 附錄60-63
• 作者簡介及科研成果63-64
• 致謝64

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