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文章論述使用單片機(jī)對(duì)塑料包裝機(jī)封口溫度進(jìn)行控制，采用了高精度的熱電偶溫度測(cè)量的方法以及溫度的模糊控制方法，具有溫度控制精度高，控制溫度平穩(wěn)的特點(diǎn)，在實(shí)際當(dāng)中取得了較好的控制效果。

引言

塑料包裝機(jī)在工作時(shí)，封口溫度的高低會(huì)直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，溫度過高或過低，都會(huì)造成產(chǎn)品的缺陷，影響產(chǎn)品的美觀。所以在包裝機(jī)中，對(duì)封口的溫度控制是十分重要的。我們?cè)谘兄瓢b機(jī)控制的過程中，使用單片機(jī)對(duì)塑料包裝機(jī)封口溫度進(jìn)行單獨(dú)控制，為達(dá)到較好的控溫效果，采用了模糊控制方法。經(jīng)試驗(yàn)，系統(tǒng)具有控溫精度高、控溫平穩(wěn)的特點(diǎn)，取得了較好的控制效果。

1 系統(tǒng)的構(gòu)成

圖1給出了系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu),整個(gè)裝置由電偶測(cè)溫部分,模糊控制部分,輸出控制部分及單片機(jī)系統(tǒng)四個(gè)部分組成,圖中單片機(jī)采用Atmelr AT89C51,它有4K的FLASH程序存儲(chǔ)器、128字節(jié)的RAM,32根I/O 口線、2個(gè)16位定時(shí)器和一個(gè)全雙工的串行口。具有較強(qiáng)的指令系統(tǒng)，并有較好的開發(fā)工具的支持，足以完成對(duì)包裝機(jī)的封口溫度的控制任務(wù)。該控制采用熱電偶作為溫度測(cè)量的傳感器，測(cè)得的溫度參數(shù)經(jīng)處理后作為模糊控制的輸入量，用模糊算法得到輸出的控制量，用于控制封口加熱裝置的加熱功率來實(shí)現(xiàn)溫度的控制。

2 溫度的測(cè)量

在包裝機(jī)的溫度控制中，采用熱電偶作為測(cè)量溫度傳感器。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)溫范圍大，響應(yīng)快的特點(diǎn)，所以得到廣泛的應(yīng)用。但熱電偶也存在輸出非線性，所測(cè)的溫度與熱電偶的冷端溫度有關(guān)等不足之處。

溫度的測(cè)量由多路開關(guān)、小信號(hào)儀用放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和冷端測(cè)溫電路組成，如圖2所示。圖中A/D轉(zhuǎn)換電路使用具有多通道輸入的串行12位:A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543。儀用放大器選用高精度的AD620N。冷端溫度的測(cè)量采用AD590 作為測(cè)量傳感器。


用這種方法測(cè)溫，可在較寬的溫度范圍內(nèi)得到的溫度測(cè)量結(jié)果。

3 模糊控制的基本結(jié)構(gòu)與算法

在測(cè)得的溫度值的同時(shí)，需要有好的控制算法完成對(duì)包裝機(jī)封口的溫度控制。在本裝置中，使用模糊控制的方法來進(jìn)行控制。

3.1 模糊化

在本系統(tǒng)中，模糊化就是要把輸入變量的值離散化，變?yōu)樵O(shè)定的整數(shù)論域中的元素。將要求達(dá)到的設(shè)定溫度ts與通過熱電偶測(cè)得的溫度t 的差值E作為模糊控制的一個(gè)輸入量U的變化率△E=dE/dt作為模糊控制的另一個(gè)輸入量，輸出量’用于控制脈沖寬度調(diào)制PWM電路的輸出，PWM電路根據(jù)此值輸出相應(yīng)脈寬的脈沖來控制加熱功率的大小。

3.2 隸屬度函數(shù)和語言變量的確定

將差值變量、差值的變化率及輸出控制量的模糊量的語言值分為7檔（負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大），用符號(hào)表示為：NB NM NS ZE PS PM PB ；模糊子集的隸屬度函數(shù)選用三角形波形的隸屬函數(shù)對(duì)E △E U進(jìn)行賦值。輸入輸出模糊子集的隸屬函數(shù)如圖3。

3.3 模糊控制規(guī)則的設(shè)計(jì)

模糊控制器的控制規(guī)則基于專家或操作者的經(jīng)驗(yàn)和技能得出，控制規(guī)則的生成方法有很多，在此采用人工的控制經(jīng)驗(yàn)，即根據(jù)系統(tǒng)階躍信號(hào)的響應(yīng)確定。得出下面的模糊控制規(guī)則表，如表1 所示。模糊控制規(guī)則表表示了一組控制規(guī)則，表征了模糊系統(tǒng)的模糊關(guān)系，由控制規(guī)則可求出模糊關(guān)系矩陣R。其形式為：

3.4 模糊推理

在本系統(tǒng)中，由于處理的物理量是溫度，反應(yīng)并不要求十分迅速，因此，可選用激活規(guī)則推理的方法來實(shí)現(xiàn)模糊控制的實(shí)時(shí)處理，即采用模糊化———規(guī)則計(jì)算———解模糊的實(shí)時(shí)處理過程。激活規(guī)則推理的方法是：根據(jù)輸入量依次激活各條規(guī)則，對(duì)每一條規(guī)則，計(jì)算輸入對(duì)各隸屬函數(shù)的隸屬度，即模糊化，并取zui小的值作為該規(guī)則對(duì)輸出量的推薦值。然后將所有的規(guī)則得到的推薦值進(jìn)行合并，采用面積重心法求解，得到在當(dāng)時(shí)輸入時(shí)的模糊控制的輸出量。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：占用的存儲(chǔ)器比較少，便于調(diào)整，可用于較復(fù)雜的模糊推理系統(tǒng)。經(jīng)模糊規(guī)則推理得到的輸出量用于控制PWM電路的輸出。