基于模糊控制的模温机控制器的设计与实现

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  •     在注塑工业中,注塑机配备了专用的模具温度控制系统,一般称为模温机,用来加热或冷却模具并保持它的工作温度,保证注塑件品质稳定并优化加工时间。模温机由电器部分及流体输送部分构成,前者包括控制器、开关/安全元件、温度传感器等,后者包括加热器、冷却器、主泵、安全元件等。其中,控制器作为模温机的神经中枢,负责安排模温机的整个工作流程,并关系到其工作性能的好坏。因此,设计一套性能优越、功能齐全、操作简便的控制系统,是模温机设计技术的核心和关键所在。
    传统模温机的温度控制模块大多采用PID控制算法,虽然精度高且稳定性好,但当起始温度与目标温度相差较大时,系统响应时间长。另外,PID参数的调整也比较困难,这将大大降低系统的自适应能力。鉴于此,本文着重从模糊控制的角度设计模温机控制器的温度控制模块。问题是由于模温机可能需要替换不同功率的加热器,而且各种注塑原料其热学物理特性也存在差异,基于专家经验的模糊控制方法将不能很好地适应这种控温环境的变化。这使得在一种控温环境下正常工作的模糊控制策略可能会在另一种控温环境中导致超调的不良现象。对此,本文通过引入升温速率因子,提出一种有效抑制超调的模糊控制方法,使系统在一定程度上能够适应控温环境的变化。
    1 系统总体设计
     综合考虑产品成本、系统性能等因素,模温机控制器选用宏晶科技公司生产的STC10F12XE作为微控制器。STC10F12XE属于STC11/10xx系列单片机,工作在单机器周期下,指令代码完全兼容传统的8051,速度却快了8~12倍,有效保证了系统控制的实时性,并具有低功耗和超强抗干扰的优点,同时芯片内部还集成了12 KB的Flash程序存储器、512 KB的SRAM以及1 KB的EEPROM,足以存放实现复杂控制算法的程序代码以及系统运行所需的相关参数,完全能够胜任本系统工业智能控制的应用场合。围绕STC10F12XE设计硬件系统,模温机控制器主要由以下几个部分组成:电源电路、复位电路、时钟电路、显示电路、温度采集电路、按键检测电路、相位检测电路等,如图1所示。

    基于模糊控制的模温机控制器的设计与实现

     为增强系统在工业控制场合的抗干扰性,在硬件实现时将控制器分成主板和控制板两部分。主板主要包含以处理数字信号为主的复位电路、时钟电路、数码管、指示灯显示电路及按键检测电路。控制板则包括处理模拟信号为主的电源电路、相序检测电路、温度采集电路以及继电器开关电路等。由控制板的电源电路产生两个独立电源,分别为两块板的相关电路模块供电。由主板单片机向控制板发出的控制信号以及从控制板反馈回单片机的信号均通过光耦隔开,从而增强了系统的稳定性。

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