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本文在查閱中英文資料的基礎(chǔ)上，首先介紹了配料秤控制器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，接著對(duì)配料秤的組成結(jié)構(gòu)、工作原理作了介紹。然后根據(jù)配料秤流量控制的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了以AT91 SAM7X256單片機(jī)為主控芯片的配料秤控制器。本控制器采用雙通道數(shù)據(jù)采集，前向通道和后向通道的傳感器分別測(cè)量物料重量，目的是當(dāng)一個(gè)通道出現(xiàn)故障時(shí)，配料秤仍能正常運(yùn)行。另外采用ADC轉(zhuǎn)換器CS5532實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的目的是提高測(cè)量精度。

    本文還結(jié)合硬件電路以及控制算法，進(jìn)行了配料秤控制器的軟件設(shè)計(jì)。由于整個(gè)控制器軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜，因此本設(shè)計(jì)將FreeRTOS操作系統(tǒng)移植到單片機(jī)上，主要完成通信任務(wù)、重量采樣任務(wù)、PID控制任務(wù)、鍵盤(pán)顯示、皮帶速度檢測(cè)任務(wù)、秒定時(shí)任務(wù)，并協(xié)調(diào)各模塊任務(wù)之間的工作，給各子程序合理的分配空間。

    本文以配料秤物料累計(jì)量為被控對(duì)象，分析了PID控制和模糊控制的優(yōu)缺點(diǎn)。采用模糊PID控制，可以克服配料秤工作環(huán)境復(fù)雜多變、有滯后等缺點(diǎn)，通過(guò)MATLAB中的SIMULINK仿真平臺(tái)，對(duì)傳統(tǒng)的PID控制、模糊控制、模糊PID控制進(jìn)行了對(duì)比仿真研究。仿真結(jié)果表明，模糊PID控制優(yōu)于PID控制。

本文主要設(shè)計(jì)了基于PID控制算法的配料秤控制器的硬件與軟件，并在此基礎(chǔ)上研究了模糊PID控制算法，對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，通過(guò)仿真對(duì)比，驗(yàn)證了其控制效果。

    本文設(shè)計(jì)了基于PID控制的配料秤控制器硬件與軟件，仿真研究了基于模糊PID控制的配料秤控制算法，為提高配料秤控制器的計(jì)量準(zhǔn)確度做了技術(shù)準(zhǔn)備。

    隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、快速增長(zhǎng)，稱重已經(jīng)成為與人們生活息息相關(guān)的一個(gè)環(huán)節(jié)。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及智能控制理論的飛速發(fā)展，稱重技術(shù)也經(jīng)歷了劃時(shí)代的發(fā)展。傳統(tǒng)的手工稱重不僅稱量誤差大，而且稱量時(shí)間長(zhǎng)。隨著工業(yè)化的發(fā)展，手工稱重迅速發(fā)展成現(xiàn)在的可連續(xù)自動(dòng)進(jìn)行，不需要人工干預(yù)就可以完成的自動(dòng)稱重操作，而且誤差小、操作方便、稱量時(shí)間也大為縮短，還降低了對(duì)能源和材料的消耗。稱重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，更加推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的現(xiàn)代化。配料皮帶秤作為一種動(dòng)態(tài)衡器，已經(jīng)廣泛用于工礦企業(yè)、交通運(yùn)輸、冶金、化工、建材等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域的配料中，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益[}2}。能否準(zhǔn)確配料已經(jīng)成為影響人們生產(chǎn)生活的一個(gè)重要因素，但是我國(guó)現(xiàn)有的這方面的產(chǎn)品少且設(shè)備功能不齊全。因此，改善現(xiàn)有配料裝置，開(kāi)發(fā)更精確、更方便的配料秤控制器勢(shì)在必行。

研究配料皮帶秤的意義

    配料皮帶秤簡(jiǎn)稱為配料秤，它與皮帶秤的設(shè)計(jì)原理和組成結(jié)構(gòu)基本相同，不同的是，配料秤在皮帶秤的基礎(chǔ)上又增加了“配料”這一功能。它廣泛用于煤炭、化工、食品加工、建材等行業(yè)的物料配比當(dāng)中，其配料的準(zhǔn)確與否直接影響著國(guó)民生產(chǎn)的各個(gè)部門(mén)。配料秤的使用可以提高各個(gè)部門(mén)的自動(dòng)化水平和各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。在煤炭行業(yè)，配料秤用于定量供煤，能否準(zhǔn)確配料直接決定配煤質(zhì)量。在化工行業(yè)，配料秤用于多種原材料的定量配比，它可以起到減員增效，節(jié)約成本，減少誤差，從而創(chuàng)造更大的利潤(rùn)。在食品加工行業(yè)，配料秤的使用代替了大量的手工勞動(dòng)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，使得食品加工更方便、快捷。在建材行業(yè)，沙子、粘土、水泥、石灰、石子等物料的混合需要用配料秤對(duì)其進(jìn)行定量配比[[3]。由此可見(jiàn)，配料秤的應(yīng)用非常廣泛。隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，配料秤將在現(xiàn)在和未來(lái)的市場(chǎng)需求中占據(jù)相當(dāng)大的比例。配料皮帶秤作為一種新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)而越來(lái)越受到世界各國(guó)的普遍關(guān)注。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，配料秤的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)完善;而在中國(guó)，由于先前的技術(shù)水平落后，這使得積極開(kāi)發(fā)研制更加精確、方便、可靠、功能更強(qiáng)大的配料秤控制器具有重要意義。而且，中國(guó)地大物博、資源豐富，各項(xiàng)工業(yè)生產(chǎn)正在以不可阻擋的勢(shì)頭向前發(fā)展?？梢钥吹剑袊?guó)廣大的市場(chǎng)為配料秤的發(fā)展提供了廣闊的前景。

配料秤的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

    根據(jù)最新配料秤國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，配料皮帶秤是一種連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器。衡器是利用作用于物體上的重力來(lái)確定該物體質(zhì)量的計(jì)量?jī)x器，按其操作方式可分為:自動(dòng)衡器和非自動(dòng)衡器。所謂自動(dòng)衡器就是指在稱量過(guò)程中無(wú)需操作者干預(yù)便能按預(yù)定的處理程序自動(dòng)稱量的衡器。其中，連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器是無(wú)需對(duì)質(zhì)量細(xì)分就可對(duì)皮帶上散裝物料進(jìn)行連續(xù)稱量的自動(dòng)衡器。配料皮帶秤就是在皮帶輸送物料的過(guò)程中同時(shí)對(duì)物料進(jìn)行連續(xù)累計(jì)稱量的一種自動(dòng)衡器.

    配料秤起源于19世紀(jì)末，工業(yè)革命以來(lái)，各項(xiàng)新技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，隨著皮帶秤的出現(xiàn)，配料秤也應(yīng)運(yùn)而來(lái)。最早的皮帶秤稱重原理來(lái)自于斗式輸送機(jī)對(duì)散狀物料連續(xù)自動(dòng)稱量的裝置。第二次世界大戰(zhàn)之后，隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，稱重技術(shù)的發(fā)展也是突飛猛進(jìn)。配料秤的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下四個(gè)階段:第一階段是上世紀(jì)五、六十年代的純機(jī)械式配料秤，普遍采用機(jī)械式、光電式掃描或增量式編碼器等，這一階段的配料秤僅具有識(shí)別計(jì)數(shù)和啟動(dòng)功能。第二階段是六、七十年代的傳感器電子儀表配料秤，隨著模擬電路和數(shù)字電路的飛速發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了各種小型化的配料電動(dòng)

儀表?？捎脙x表來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡、識(shí)別和累計(jì)計(jì)算等功能。第三、第四階段是20世紀(jì)七十年代末的微機(jī)智能化的配料秤。計(jì)算機(jī)首次被引入電子配料秤，大大提高了它的集成度。此時(shí)的配秤累計(jì)量運(yùn)算采用累加法代替了積分法。第一、二階段的配料秤只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)量、累計(jì)計(jì)算，而且準(zhǔn)確度不高，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的變化不可控制，因此其計(jì)量過(guò)程準(zhǔn)確度低，動(dòng)態(tài)性能差，缺乏穩(wěn)定性。而第三、四階段的配料秤控制器集合了微機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)量技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)控制等技術(shù)，不僅增強(qiáng)了計(jì)量的準(zhǔn)確性，而且對(duì)其在計(jì)量過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和控制，同時(shí)，儀表的顯示、報(bào)警、調(diào)零等功能的自動(dòng)控制也越來(lái)越完善。而通訊技術(shù)的發(fā)展更是增強(qiáng)了儀表的遠(yuǎn)程維護(hù)診斷與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?

模糊技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

    控制理論的發(fā)展經(jīng)歷了由經(jīng)典控制理論到現(xiàn)代控制理論的飛躍，隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，以模糊控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、專家系統(tǒng)、人工智能控制理論為代表的現(xiàn)代控制理論正在向前蓬勃發(fā)展。

    客觀事物可以分為確定性的事物和不確定性的事物。經(jīng)典數(shù)學(xué)所研究的對(duì)象就是確定性的事物，不確定性的事物又可以分為隨機(jī)性事物和模糊性事物，模糊性主要是人對(duì)概念外延的主觀理解上的不確定性，隨機(jī)性則反映客觀上的自然的不確定性，即對(duì)事件或行為的發(fā)生與否的不確定性[[5]。隨機(jī)性事物是統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)所要研究的對(duì)象，而模糊性事物正是模糊數(shù)學(xué)所要解決的問(wèn)題。

    模糊數(shù)學(xué)產(chǎn)生于1965年，首先由美國(guó)加州大學(xué)數(shù)學(xué)教授扎德開(kāi)創(chuàng)了模糊理論，隨后模糊控制理論由此開(kāi)始發(fā)展成型。1972年，簡(jiǎn)單的模糊控制器開(kāi)始產(chǎn)生，隨后美國(guó)一家公司率先生產(chǎn)了第一個(gè)模糊邏輯芯片。直到1986年，也就是從上個(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)始，模糊控制器的發(fā)展開(kāi)始走向成熟，性能也大為提高。尤其是隨著模糊邏輯在自動(dòng)控制領(lǐng)域的成功應(yīng)用，模糊控制理論及其方法的研究引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。在模糊理論研究方面，以扎德提出的分解定理和擴(kuò)張?jiān)瓌t為基礎(chǔ)的模糊數(shù)學(xué)理論已有大量的成果問(wèn)世。在模糊邏輯的應(yīng)用方面，模糊控制在工業(yè)過(guò)程控制、機(jī)器人、交通運(yùn)輸?shù)确矫娴玫搅藦V泛而有成效的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的PID控制相比，模糊控制利用人類專家經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于復(fù)雜、非線性對(duì)象的控制具有魯棒性好、控制性能高等優(yōu)點(diǎn)。

    目前，模糊技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于生活中的方方面面，諸如模糊洗衣機(jī)、模糊吸塵器和模糊攝像機(jī)等，東北大學(xué)某教授所研發(fā)的“自來(lái)水給水模糊控制器”已經(jīng)被做成產(chǎn)品，北京某大學(xué)教授研發(fā)的電冰箱模糊控制器也已成形并投入運(yùn)行。不僅是在中國(guó)，在口本、在歐美，模糊產(chǎn)品正以不可阻擋的力量，氣勢(shì)磅礴的向世人走來(lái)。

    本章在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，闡述了本課題的研究意義和背景，分析了傳統(tǒng)的PID控制和模糊控制在配料秤流量控制中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)模糊PID控制技術(shù)進(jìn)行了介紹，最后闡述了本文的主要內(nèi)容。

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