基于模糊控制技术摆动式球磨机控制系统设计(毕业设计论文)doc完整版P70页.docx

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1、基于模糊控制技术摆动式球磨机控制系统设计TheDesignofBaseonFuzzyControlTechnologyTypeBallMillControlSystem学生姓名：学历层次：本科所在系部：_电气与信息学院所学专业:自动化指导教师：教师职称：一讲师助理试验师完成时间：2008年6月20日摘要超微细粉碎技术是在伴随纳米技术和新材料而发展起来的一项新的粉碎加工技术，随着现代工程技术的发展，许多基础工业对超微细粉末的粒度、粒度分布、粒形等特性提出了更高的要求。如何突破物料的“粉碎极限”己成为制备超微细粉末的关键技术。针对被控对像具有非线性、多变量强耦合、不确定性和大滞后以及获得精确数学模

2、型困难的特点，设计了模糊控制器。本系统经过设计、安装和现场调试，能够快速的突破物料的“粉碎极限”，取得较好的加工效果。关键词超细粉末加工；模糊控制；单片机控制系统；球磨机Abstract:Theulrafinecomminutiontechnologyisanewsmashingprocessingtechnologywhichdevelopedwiththenanotechnologyandthenewmaterial.AsthemoderninstitutetechnologydevelopingJotsofbasicindustrymissionshigherrequirementtot

3、heultrafinecomminution,sgranularity、granularityspread、graininessandsoon.HowtobreakthroughmaterialthesmashingIimit“becomesakeytechnologyaboutmakingtheultrafinecomminution.Thisarticleintroducedthetypeofmulti-dimensionalswingsnanometerlevelballmillprincipleofworkbasedonthefuzzycontroltechnology.Inviewo

4、fcontrolledtheobjectisnon-linearity,themulti-variablesstrong-coupling,uncertaintyandgreatlylagsaswellasobtainstheprecisemathematicalmodelisdifficult.Hasdesignedthefuzzycontroller.Thissystemwillbeabletoquicklybreakthroughmaterial,thesmashinglimit,hasobtainthebetterprocessingeffect.Keywords:SuperfineP

5、owderProcessingiFuzzyControhMonolithicIntegratedCircuitControlSystem;BallMill目录1引言11.1 摆动式球磨机模糊控制背景分析11.2 摆动式球磨机模糊控制的提出及研究意义21.3 基于模糊控技术摆动式球磨机电气控制系统的研究32摆动式球磨机控制系统方案的确定42.1 摆动式球磨机粉碎过程模型解析42.2 主电路方案的确定62.3 控制系统的确定72.4 输入通道的确定72.5 系统原理框图93电气控制系统硬件设计103.1 电气控制系统的硬件组成103.2 89C52单片机应用介绍IO3.3 输入检测放大电路及A/D

6、转换设计133.4 变频驱动电路设计173.5 人机对话通道设计213.6 变频调速主电路的设计264模糊控制算法的设计274.1 球磨过程的数学模型解析274.2 模糊算法284.3 模糊控制器294.4 模糊控制器的工作365系统软件设计365.1 系统软件设计思路365.2 系统主程序流程图385.3 中断保护程序425.4 软件抗干扰技术426系统测试分析436.1 系统测试436.2 系统分析447总结44参考文献45谢辞46附录一47附录二631引言1.1 摆动式球磨机模糊控制背景分析自1893年球磨机出现以来，它就一直在矿业、冶金、建材、化工及电力部门等若干基础行业的原料粉碎中得

7、到广泛的应用。随着陶瓷工业的发展，球磨机也成为了陶瓷工业中制粉工序中不可缺少的机械设备。从长远来看，今后相当长的时期内球磨机仍将是陶瓷工业中原料磨碎作业的主要设备，因此对球磨机的研究也受到了相关专家的高度重视。球磨机是制粉系统中的大型重要设备，其安全可嵬地运行与最佳工作状况是设计单位所追求。但使用中还存在着一些急待解决的问题，最突出的是难以实现自动控制，运动轨迹过于单一不能有效的粉碎物料不能运行在最佳经济出力。多变量祸合、多变量时滞和模型时变特性是球磨机控制的主要困难。由于球磨机运行具有纯滞后、大惯性和非线性的显著特点，事态特性复杂，数学模型难以建立，采用常规PID调节难以奏效，所以，传统的控

8、制方案大多都是建立在精确测量球磨机存物料为已知量的基础上，并且是人工手动操作，其经济性完全取决于人员的操作水平、调整能力和工作责任心。这类方法投资大，改装工作量也客观，各制粉系统水平参差不齐，控制效果并不十分明显，不适合我国采用。模糊控制是本世纪70年代才发展起来的一种新型控制算法，其本质是一种非线性控制。它不需要知道被控对象的数学模型，并具有比常规控制系统更好的稳定性和更强的鲁棒性。模糊控制是建立在人工经验基础之上的。对于一个熟练的操作人员，他往往凭借丰富的实践试验，采取适当的对策来巧妙的控制一个复杂过程。若能将这些熟练操作员的实践试验加以总结和描述，并用语言表达出来，就会得到一种定性的、不

9、精确的控制规则。如果用模糊数学将其定量化，就转化为模糊控制算法，从而形成模糊控制理论。模糊控制理论具有的特点：(1)模糊控制不需要被控对象的数学模型。模糊控制是以人对被控对象的控制经验为依据而设计的控制器，故无须知道被控对象的数学模型。(2)模糊控制是一种反映人类智慧的智能控制方法。模糊控制采用人类思维中的模糊量，如“高”、“中”、“低”、“大”、“小”等，控制量由糜推理导出。这些模糊量和模糊推理是人类智能活动的体现。(3)模糊控制易于被人接受。模糊控制的核心是控制规则，模糊规则是用语言来表示的，如“今天气温高，则今天天气暖和”等，易于被一般人所接受。(4)构造容易。模糊控制规则易于软件实现。

10、(5)鲁棒性和适应性好。通过专家经验设计的模糊规则可以对复杂的对象进行有效的控制。模糊控制策略可以保证球磨机安全、经济运行，可以对球磨机负荷(装物料的量)、球磨机出口成品的温度、球磨机罐内负压进行调节。调节球磨机负荷的任务就是保证球磨机在最经济工况下运行，维持球磨机罐内负压稳定，达到球磨机温度量恒定，从而维持粉碎的细度，还可防止粉末外喷，影响安全和环境卫生。球磨机内粉末混合物的温度反映了物料的干湿度，同时也是防暴安全性的重要指标。基于模糊控制的这些特点，可以确定为对球磨机的基本控制策略。2随着先进控制理论和检测手段以及计算机技术的发展，火电厂热工过程控制水平有了大幅度的提高，制粉系统球磨机这一

11、较难控制的系统开始受到重视，并取得了一些理论和应用方面的研究成果。一批以多变量控制理论、模糊控制理论及自适应优化理论为基础，在充分考虑了制粉系统特点的基础上，针对不同被控过程的具体特性，基于不同控制理论的实用控制策略已被提出。这对球磨机制粉系统的自动控制和优化运行起到一些积极的指导作用。1.2 摆动式球磨机模糊控制的提出及研究意义(1)、摆动式球磨机模糊控制的提出球磨机制粉系统是一个典型的多变量非线性时变系统，球磨机罐内的存料量、罐内温度、罐内负压及球磨机转速等之间存在着相当严重的藕合，其运行轨迹单一，基于经典PlD控制器的控制系统很难正常投入运行，即使投入也难于保证球磨机处于最佳工况。因此实

12、现球磨机的自动控制问题尤为关键。而摆动式球磨机的提出解决了这些问题。关于球磨机的运动为多维复合曲线运动。随着自动控制技术的广泛应用和自动控制水平的不断提高，国内外对球磨机的自动控制也在进行着大量的研究。传统的控制方案大多都是建立在精确测量球磨机存料量的基础上，并且是人工手动操作，其经济性完全取决于人员的操作水平、调整能力和工作责任心。这类方法投资大，改装工作量也客观，各制粉系统水平参差不齐，控制所带来的经济效益很差，对于用电量需求巨大而经济技术落后的中国来说，不宜采用。为了保证球磨机安全运行，降低成本，提高经济效益，提高机组的自动投入率，本文在智能控制理论的基础上，研究探讨专家模糊控制系统在球

13、磨机自动控制中的应用，即总结归纳传统控制思想，采用简单的静态解祸网络与动态前馈补偿相结合的解祸方法，采用模糊语言规则，存储到计算机中进行数值运算，设计出了新型的球磨机智能控制系统。它不需要知道被控对象的数学模型，且具有比常规控制系统更好的稳定性和更强的鲁棒性。实验证明，将它确定为球磨机的基本控制策略是可行的。(2)、球磨机模糊控制的研究意义目前，国内大部分球磨机控制都是人员手动操作。对于运行经验不足的操作人员而言，长期手动控制球磨机的运行，不仅容易造成球磨机满料、断料、跑粉、超温事件的发生，而且也不能使系统长期保持在最佳工况下运行。如何在保证球磨机安全运行的前提下，降低单位球磨机电耗，提高经济

14、效益，提高机组的自动投入率，己经成为自动控制中的一个非常重要的环节。此外，在经济全球化、节省能源和保持经济可持续发展的背景下，球磨机这样一个耗电大户进行行之有效的自动控制也有十分重要的社会意义。本论文的意义主要表现在以下几个方面：第一，提高了机组运行时的安全性，延长了设备的使用寿命；第二，降低了电耗，减轻了运行人员的劳动强度，提高了经济效益；第三，磨机控制目前仍是热工过程控制中的一大技术难题，如果对此有较好的解决方案，必将促进其相关技术的发展，也会为更复杂系统的控制提供行之有效的方法，同时也会促进控制理论的进一步发展。1.3 基于模糊控技术摆动式球磨机电气控制系统的研究摆动式球磨机的电气控制部

15、分是球磨机的重要组成部分，本设计的电气控制算法采用目前先进的模糊算法，模糊控制(FC)算法是20世纪70年代才发展起来的一种新型控制算法，其本质是一种非线性控制，并具有比常规控制系统更好的稳定性和更强的鲁棒性。FC采用模糊变量，具有良好的抗噪性能，而且容易与人工操作经验相结合，它不需要知道被控对象，的数学模型，可以有效地应付非线性对象。基于模糊控制技术的多维摆动式球磨机的控制系统，是通过使罐体进行多级复合运动，从而增加单位时间冲击和接触次数，延长运动轨迹，提高冲击能，减少盲点，显著提高球磨效率和耀体内粉末度的均匀性。模糊控制技术的介入，将快速的突破物料的“粉碎极限”，极大提高了加工效率的同时，解决了超细粉末制备过程中迫切需要解决的难题-被加工物料的保护和保原问题3.采用模糊控制实现多维摆动式球磨机的控制要求，本系统研究设计的主要内容：(D交流电机变频调速电路的设计；(2)气压(真空度)监测电路的设计；(3)工作机温度监测电路的设计；(4)气压(真空度)、温度数据采集部分程序设计：(5)模糊控制算法的实现；(6)掉电后时间自动记忆功能的实现。本系统的控制对象是交流异步电机，这一被控对象具有强非线性、多变量耦合、不确定性和大滞后的特点，而且调速系统是一类不确定的复杂系统，其难以获得精确的数学模型。因