本文關(guān)鍵詞：基于模糊控制的單螺桿擠出機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：本課題源于和吉林紡絲院的合作項(xiàng)目,主要是對紡絲過程中的溫度進(jìn)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(jī)中加熱熔融,形成的熔體通過計(jì)量泵從噴絲孔中擠出形成細(xì)流,熔體細(xì)流冷卻固化,細(xì)條經(jīng)上油和卷繞,被拉伸變細(xì)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(jī)各段的溫度來控制,熔體溫度過高,會(huì)導(dǎo)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(dòng)不均勻,在纖維拉伸時(shí)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(jìn)行,從而得知溫度控制的重要性。本課題設(shè)計(jì)的溫度控制器是對單螺桿擠出機(jī)的加熱功率進(jìn)行控制,在該紡絲院的單螺桿擠出機(jī)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(shè)計(jì)過程,首先是簡單介紹選題的意義和國內(nèi)外現(xiàn)狀;再是描述了整個(gè)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(xì)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(shí)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(jī)的七段加熱爐,經(jīng)過鉑電阻溫度傳感器和max31865進(jìn)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(jìn)行模糊計(jì)算,計(jì)算完成后的輸出量經(jīng)過D/A芯片將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào),信號(hào)的傳輸采用的是電流傳輸,因此需要進(jìn)行電壓電流轉(zhuǎn)化,將得到的4-20m A電流用來控制可控硅導(dǎo)通角,最終達(dá)到控制加熱功率調(diào)節(jié)溫度的目的;之后進(jìn)一步介紹了模糊控制理論的產(chǎn)生和應(yīng)用,同時(shí)詳細(xì)介紹模糊控制器的設(shè)計(jì)過程;最后給出了軟件設(shè)計(jì)流程圖和實(shí)驗(yàn)室調(diào)試階段的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及工業(yè)上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。該溫度控制器已經(jīng)在吉林紡絲院應(yīng)用,其具有工作穩(wěn)定、性能可靠、魯棒性好等特點(diǎn)。同時(shí)該設(shè)備相較于紡絲院原來的溫度控制設(shè)備在三個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn),首先是在顯示方面,由大體積的溫控柜儀表顯示改進(jìn)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(shè)備采用的是PID控制,而該設(shè)備采用的是模糊控制;最后是過渡時(shí)間上的改進(jìn),由原來的4小時(shí)縮短到現(xiàn)在的2小時(shí),時(shí)間上縮短了一倍,提高了工作效率,滿足了項(xiàng)目的驗(yàn)收條件。
【關(guān)鍵詞】：溫度控制器 模糊控制 STM32 MAX31865
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(jī)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(nèi)容14-15
• 1.4 本章小結(jié)15-16
• 第二章 溫度控制器的整體設(shè)計(jì)方案16-19
• 2.1 多路溫控器的任務(wù)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(shè)計(jì)16-18
• 2.2.2 溫度控制器的模糊控制算法18
• 2.3 本章小結(jié)18-19
• 第三章 溫度控制器的硬件設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)23
• 3.4 溫度采集電路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)25-26
• 3.4.3 電阻的非線性校正26-28
• 3.5 功率控制電路設(shè)計(jì)28-31
• 3.5.1 D/A芯片的選擇28
• 3.5.2 V/I轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)28-30
• 3.5.3 可控硅的選擇30-31
• 3.6 通信模塊31
• 3.7 人機(jī)交互模塊31-32
• 3.8 本章小結(jié)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(yīng)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(xué)知識(shí)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(guān)系39
• 4.4 本章小結(jié)39-40
• 第五章 模糊控制器的設(shè)計(jì)40-47
• 5.1 一般模糊控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理40
• 5.2 模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)40-41
• 5.3 模糊控制器的設(shè)計(jì)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(jié)46-47
• 第六章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果47-55
• 6.1 引言47-48
• 6.2 模糊控制算法設(shè)計(jì)48-50
• 6.3 溫度控制器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)50-54
• 6.3.1 實(shí)驗(yàn)室調(diào)試階段50-51
• 6.3.2 工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)51-54
• 6.4 本章小結(jié)54-55
• 第七章 結(jié)論55-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 附錄60-63
• 作者簡介及科研成果63-64
• 致謝64

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