基于模糊控制的客车烘房温控仪

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        目前,国内客车烘房有燃油、燃气(天然气)、电加热,以及蒸汽烘房等。烘房的温度是生产工艺的一项重要指标。本课题研究的烘房类型为热风对流型烘房,热源为200℃的过热蒸汽,温度控制采用较为传统的PID类调节器,通过温控阀门调节蒸汽流量,控制烘房温度。由于PID类调节器具有原理简单,易于实现等优点,因而在过程控制中得到广泛的运用。始终占据过程控制的主导地位,但鲁棒性能不理想,对大滞后和强干扰的过程表现出明显的不足。模糊控制是一种无需建模、方便易懂、执行简便、开发成本低廉的非线性控制技术。由于具有这些优点,本文拟将模糊控制技术应用于客车烘房的温度控制,并做出了一些尝试。


    1 温控仪原理框图
        样机以AT89C55WD单片机为核心,由键盘和LED显示电路、单片机系统、控制信号隔离输出电路、热电阻、A/D转换电路等几部分组成,原理框图如图1所示。当系统工作时,通过键盘输入温度设定值,并在LED上显示,然后单片机通过光耦控制输出脉宽调制(PWM)信号,经整流滤波形成0~10 mA电流,控制温控阀启闭,加热烘房。本机还有高、低限位输出,输出继电器触点可耐5 A电流,增强了本机的控制功能。

    2 硬件电路设计
    2.1 温度测量
        由于目前国内客车涂装采用低温工艺,温度控制范围为100℃内,可使用具有较高测温精度及测温范围的热电阻PT100作测温元件。其与温度的线性关系好、稳定性好、可在200℃下长期使用等特点,足以满足控制要求。

    样机利用较为常见的ICL7135作A/D转换。热电阻信号通过三线制联接法接入直流不平衡电桥转换为电压信号,信号经差分放大器放大和滤波处理后,成为与ICL7135转换器相匹配的电平信号。详见图2信号输入电路图。

        ICL7135是一个较为常见的双积分型数字转换器芯片。为节约单片机I/O口,本机利用ICL7135的BUSY、POLAR脚,分别与单片机的两个I/O口相连,BUSY输出端高电平宽度等于积分与反积分时间之和,ICL7135内部规定积分固定时间为10 001个时钟脉冲,反积分时间与被测电压成正比,因此,可通过单片机一个定时器来测量BUSY脚脉宽,减去10 001个时钟脉冲后,得到与被测参数成正比的数值。

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