基于模糊控制技术摆动式球磨机控制系统设计

1毕业设计(论文)基于模糊控制技术摆动式球磨机控制系统设计学生姓名:指导教师：教师职称：_讲师助理试验师(论文)2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超细粉末加工；模糊控制；单片机控制系统；球磨机technologywhichdevelopedwiththenanotechnologyandthenewmaterial.Asthemoderninstitutetechnologydeveloping,lotsofbasicindustrymissionshigheraboutmakingtheultrafinecomminution.principleofworkbasedonthefuzzycohasobtainthebetterprocessingeffect.Keywords:SuperfinePowderProcessing;FuzzyControl;Monol(论文)3 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 3.1电气控制系统的硬件组成 3.289C52单片机应用介绍 3.3输入检测放大电路及A/D转换设计 3.4变频驱动电路设计 3.5人机对话通道设计 3.6变频调速主电路的设计 4模糊控制算法的设计 4.1球磨过程的数学模型解析 4.2模糊算法 4.3模糊控制器 4.4模糊控制器的工作 5系统软件设计 5.1系统软件设计思路 45.2系统主程序流程图 5.3中断保护程序 5.4软件抗干扰技术 6系统测试分析 6.1系统测试 6.2系统分析 7总结 参考文献 (论文)1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，其安全可靠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，传统的控制方案大多都是建立在精确测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。(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(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，(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。(论文)2(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PID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(论文)3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罐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：(1)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；(论文)(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。因而用模糊控制解决其控制问题。为此设计了模糊控制器，通过对变频器的控制，实现电机转速的自动调节；以AT89C52单片机为控制核心，温度传感器、压力传感器采集信号，并对采集信号做出相应处理，实现了工作机温度和罐内气体压力的实时监测；设计了时间记忆电路，保证掉电时间数据不丢失。以提高系统的可靠性；利用看门狗电路，提高系统的抗干扰能力，保证系统在工业的工作环境下能够稳定工作；设计友好的人机交互界面，使操作简单、快捷。2摆动式球磨机控制系统方案的确定2.1摆动式球磨机粉碎过程模型解析2.1.1球磨机简介摆动式球磨机它包括曲轴、曲轴支座、缸体支架、轴承、摆动专制、缸体及固定装置，曲轴置于曲轴支座内，曲轴与罐体支架通过轴承连接，罐体支架与罐体连接，所述固定装置一端连接在罐体支架上另一端固定，可保证罐体支架及罐体不随曲轴作圆周运动而只作一定幅度的多维摆动，罐体内的磨球运动轨迹长且复杂，磨介的冲击能量大，罐体内几乎无盲点，可大大地提高球磨效率和体内粉末粒度的均匀性。球磨机工作时，研磨体由于重力、离心力、摩擦力作用贴在球磨机筒体内壁上与筒体一道回转，并被带到一定高度后，由于重力大于离心力和摩擦力的合力，此时研磨体被抛落出去，下落时将筒体内的物料击碎，并靠磨介与罐壁的研磨作用使物料粉碎。影响球磨机产量的因素比较复杂，实践证明，球磨机的回转速度、物料粒度、物料水分和温度、物料的易磨性、衬板结构、筒体研磨体的填充系数、磨介等等都有直接的影响。还有一点常被忽略的是操作工人对磨机加料的控制，也同样影响到球磨机的产量和质量。uo2.1.2球磨机的粉碎过程球磨机制粉系统的特点是工作可靠性高，系统中发生故障不立即影响其它设备的运行，球磨(论文)5机的工作与外接设备工况不相牵连。因此，球磨机经常可以保持满负荷工作，以减少电能消耗，这对低负荷下工作经济性差的球磨机来说是非常重要的；此外运行灵活。球磨机结构图如图2-1图2-1球磨机结构图料及磨介放入罐内，固定好后通过控制面板设定工作机罐体的温度上限、罐内压力下限、加工时间、基本转速、最高转速、升降速时间以及加工类型，然后通过单向阀向罐内注入保护气体，注开启冷却风扇，对罐体进行冷却。按“启动”键，使球磨机进入工作状态。工作时，球磨机将按照预先设定的值进行工作，系统对执行机构进行智能控制，并实时显示控制时间和工作情况4球磨机制粉系统是一个具有纯迟延、强祸合的多变量非线性时变系统。球磨机本身是一个包含了机械能量转换、热交换和两相流动的复杂过程，任何一个控制变量的改变都会造成所有被控变量发生变化，因此变量之间的相互干扰十分严重。同时，由于物料的品种不一，物料的粒度、水份、温度、可磨性系数、挥发份等指标经常发生变化，另外，磨介在运行过程中不断被磨损，这些原因使得球磨机表现出时变系统的特征。此外，球磨机制粉系统还常受到一些不确定性干扰的影响，例如给料机断料、堵料及料的自流等。摆动式球磨机被控对象包括3个控制量(罐内负6压p、罐内风粉混和物温度T及球磨机的转动速度)。若改进参数检测方法，使用球磨机前轴瓦垂直振动分量万代替差压信号如表征存物料量，于是原来的对象就分解为一个祸合的两输入两输出对象和一个单输入、单输出对象。对两输入两输出对象按照工艺要求进行变量配对，使用热风量控制温度，再循环风量控制负路)仍有很强的关联，则被控对象可描述为Y=GU,其中，G为传递函数矩阵由于整个建模过程主要是为控制系统的设计作参考，我们并不追求模型具有很高的精度，只要能反应出制粉系统的特点以便正确设计控制系统。因此，在建模过程中作了如下简化：①模型仅从整体上反映球磨机特性。②球磨机罐内温度是风和物料混合物的温度；③不考虑制粉系统内热损失。2.2主电路方案的确定本次设计的主电路采用交-直-交变频电路如图2-2通用变频器的主电路主要有两种类型，即交一交变频(直接变频)和交—直—交变频(间接变频)。由于交—交变频主电路受到电网频率及整流电路脉冲波数的限制，输出功率较低，调频范围较窄(一般情况下，输出最高频率为电网的1/2--1/3),主电路元件多且元件利用率低，控制复杂，只适用于低速大功率拖动的场合。而交—直—交变频是把一定电压、定额的交流电，先经过整流器整流成直流电，然后再经过逆变器将此直流电变换成电压和频率都可以调的交流电。(论文)7这种方式克服了交—交变频的缺点，应用极为广泛，结合控制系统的特点和性能要求，本设计采用交一直—交变频电路。2.3控制系统的确定本次设计选用单片机的控制。其最大特点就是设计者可以根据自己的实际需要开发、设计一个单片机系统，因而更加方便，更加灵活，并且成本低。其基本方法是在单片机的基础上扩展一些接口，如用于A/D、D/A转换接口，用于人机对话的键盘处理接口，LED和LCD显示接口等。然后开发一些应用软件。即可组成完整的单片机系统。[根据摆动式球磨机的工作模型和对目前单片机市场的调查，本次设计选用的单片机AT89C52,选用单片机的原因是其经济易用，性能可靠，易扩充，控制功能强。内部配置8KB的FlashMemory,无需扩展外部存储器，可点擦写，便于编程调试。AT89C52内部带有存储器件，不用扩展程序存储器，减少硬件线路连接。其最大特点就是设计者可以根据自己的实际需要开发、设计一个单片机系统，因而更加方便，更加灵活，并且成本低。根据多维摆动式球磨机的特点及实现的功能，微机控制系统实现的功能主要有以下几点：(1)实现对交流电机的速度控制；(2)实现数据采集并做出相应处理；(3)实现实时记忆功能，保证时间数据掉电不丢失；(4)实现简单、直观的人机交互界面。2.4输入通道的确定2.4.1温度传感器的确定由于摆动式球磨机在研磨物料过程中，球磨机内的物料受磨介和罐体的作用，其物理形状发生改变，释放出能量，球磨机内物料碰撞周围物体，由于压力作用使物体表而产生微小的形变，球磨机内部产生很高的温度。所以需要传感器的稳定性和耐高温的要求要很高。根据设计要求本设计采用热电偶温度检测。热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应，即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是：①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃(论文)8(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。热电偶测温基本原理是将两种不同材料的导体或半导如图2-3所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因图2-3热电偶常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示分度表，主要用于某些特殊场合的测量。本次设计使用标准热电偶。标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。[热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；罐内气体压力检测系统来监测罐体的安全状况是很必要的。机械法加工超细粉末的保护和保原问题，是超细粉末制备技术迫切需要解决的难题。当罐内气体压力低于要求时，系统采用紧急9(论文)停车，并且报警，避免了被加工物料的氧化和事故的发生。这里选用PTP708F压力传感器，其工作原理是：阳极相对于阴极施加正向电压，在阴极形成电场，使阴极产生电子发射。当敏感阳极膜受压变形时，阴阳极间距变化，阴极发射的电流发生变化。从而通过阴极发射电流的变化反映阳极膜所受压力的变化。该传感器上的施加在传感器上的压力在25g～100g范围内，其压力与输出电压的曲线呈线性关系，从而反映出施加在传感器上的压力与传感器发射的电流成线性变化关系2.5系统原理框图在主电路和控制电路的基础上加上必需的辅助和驱动电路，就构成了本次设计的整个系统，其系统原理图如图2-4所示。由图可知，本次设计以AT89C52单片机为控制器，以交流电动机为控制对象，以直流测速发电机为速度传感器，构成了闭环控制系统；针对交流电动机具有非线性、多变量强耦合以及获得精确数学模型困难的特点，设计了模糊控制器，通过对变频器的控制，实现电机转速的自动调节；通过人机交互界面的设计，实现了加工时间、间歇时间、最高转速、升速时间、降速时间、允许温升范围、超强加工、柔性加工等设置；通过温度传感器、压力传感器，实现了工作机温度和罐内气体压力的监测。变频驱动电路变频驱动电路报警单片机人机接口看门狗A/D装换传感器电机(论文)3电气控制系统硬件设计置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。单片机芯片的管脚描述如图3-1和表3-1所示。2456817cpl6 (论文)助字符名称和功能接地电源P3口RXD(P3.0):串行输入口TXD(P3.1):串行输出口INTO(P3.2):外部中断INT1(P3.3):外部中断复位端地址锁存使能端程序存储器使能端外部访问使能编程电压提供晶振1晶振2AT89C52提供以下标准功能：8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM,32个I/0口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟时钟电路为单片机提供时钟控制信号，本系统路可以在单片机正常工作中如需要一个复位信号，以便使单片机上电或按下复位开关时能从头开序不跑飞。提高系统可靠性。其具体电路如图3-2:(论文)pllpl2pl3pl4pl5pl68B96本次设计的时钟芯片采用DS1302。如图3-3一25388t(论文)过简单的串行接口与单片机进行通信。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302工作时功耗很低保持数据和时钟信息时，功率晶振管脚地复位脚数据输入/输出引脚串行时钟电源供电管脚3.3输入检测放大电路及A/D转换设计检测放大电路在整个控制系统中都具有重要作用，其检测精度可以直接影响系统控制精度。在本系统中检测放大电路可分为真空压力检测放大电路、温度检测放大电路和测速发电机检测放压力是工业生产中的重要参数之一，为了保证其正常运行，必须对压力进行监测和控制，但需说明的是，这里所说的压力，实际上是物理概念中的压强，即垂直作用在单位面积上的力。在压力测量中，常用绝对压力、表压力、负压力或真空度之分。所谓绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用符号pj表示。用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。用来测量大气气压力的仪表叫气压表。绝对压力与大气压力之差，称为表压力。用符号pb表示。即pb=pj-pq。当绝对压力值小于大气压力值时，表压力为负值(即负压力),此负压力值的绝对值，称为真空度，用符号pz表示。PTP708F压力传感器采用全不锈钢封焊结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性。广泛用于工业设备、化工、医疗、空调等压力测量与控制，综合精度(论文)供电电压介质温度环境温度负载电阻电压输出型：大于50KQ绝缘电阻大于2000MQ长期稳定性能0.1%FS/年振动影响在机械振动频率20Hz~2000Hz内，输出变化小于0.1%FS四芯屏蔽线、紧线螺母本设计使用的PTP708F空气压力传感器，电路如图3-4所示，本电路测量压力范围为-1.5MP~4MP。传感器到输入放大器A1之间用双绞线联结，可避免干扰，并可提高测量精度。当PTP708F上的压力发生变化时，其两端的电压降随之线性变化(约1.66V/MP)。经Al放大后，送入A2。A2接成反相放大器。将被测信号送给AD574。通过调节R6,使压力P=-1MP时，A2端输出为0V。当压力变化范围为OMP-4.99MP时，A2输出电压变化范围为0-4.98V。从而实现了压力、电压转换。3.3.2温度检测放大电路本次设计采用的热电偶温度传感器，型号为WRB(铂铑13-铂),它采用恒流源电路来获取温度信号。本系统是采用价格低廉的运放为核心来构成的，恒流效果十分理想。随着近年来微电子技术的发展，出现了不少专用的高性能放大芯片，AD620、AD623都具有运放结构，在本设计中我选用了AD620作为放大器电路的首级放大。AD620是低价格、低功耗放大(论文)器，它只需要一只外部电阻就可设置1～1000倍的放大增益，它具有较低的输入偏置电流、较快的建立时间和较高的精度。士由于多维摆动式球磨机中的电机在工作过程中是随罐体摆动而运动的，工作过程中震动较大。这里采用测速发电机对交流电机进行测速，可以构成闭环调速系统。测试电路采用高精度放大电路，使得即便是在电动机低速运转时，也有足够的测速精度。电阻网络R2~R4组成分压器，分别供给A1、A2同相端以基准电压。A1组成恒流源电路，其电流Io等于V3/(R7+R6)=2V/(R7+R6)。恒流源大小可通过R6控制，恒流电流Io流过传感器，其输其电路图如3-6所示：在单片机的应用系统中，被测量的对象上的有关变量，如温度、压力、速度、的非物理量，需经过传感器转换成连续变化的模拟电信号(电压或电流),这些模拟电信号必须转换成数字量后才能在单片机中用软件进行处理。单片机处理完毕的数字量，也常常需要转换为模拟信号。实现模拟量转换成数字量的器件称为A/D转换器。实现数字量转换模拟量的器件称为D/A转换器。如下图3-7及表3-4。一 图3-7AD574管脚图表3-4AD574功能表分辨率位非线性误差小于±1/2LBS或±1LBS转换速率模拟电压输入范围0—±5V和0—±10V两档四种数据输出格式12位/8位全速工作模式和单一工作模式(论文)本设计使用的是AD574是美国模拟数字公司(Analog)推出的单片高速12位逐次比较型A/D转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，其管脚及主要特性。3.3.5多路开关多路开关也称为多路转换器或采样开关，它的作用是将输入信号按一定顺序送到放大器或采样保持器。为了提高过程参数的测量精度，系统对多路开关也提出了较高的要求。理想的多路开关其开路电阻为无穷大，其导通时的电阻为零。此外，还应具备切换速度快、噪声小、寿命长、工作可靠等特点。在计算机控制系统中多采用集成电路多路开关，其种类、型号较多，有8通道、16通道、32通道等多种。常用的多路开关有CD4051(或MC14051)、AD7501、LF13508等。CD4051是8通道多路开关，由逻辑电平转换、二进制译码器和8个开关电路组成。CD4051的引脚如图3-8所示，图中A、B、C是二进制的控制输入端，INH是允许输入端。当INH为高电平时，不论从A、B、C端输入何值，8个通道均不通；当INH为低电平时，允许由A、B、C端输入3位二进制数，在8路通道中选择一路将输入和输出接通。图3-8CD4051为管脚图。789ABC35243.4变频驱动电路设计近十多年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，变频交流调速已逐渐取代了过去的滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统。几乎可以说，有交流电动机的地方就有变频器的使用。其最主要的特点是具有高效率的驱动性能及良好的控制特性。现在通用型的变频器一般包括以下几个部分：整流桥、逆变桥、中间直流电路、预充电电路、(论文)脉冲发生器，它在实现高精度方面采取了以下措施。(1)调制波形采用16位数度(以前的产品为12位精度),这样用户可以获取更高的控制数(2)每相输出波形的幅值可以单独控制。这样用户可以对三相不平衡负载，通过三个独立闭环分别控制，有效地实施补偿，使三相电压在不平衡负载下输出精度大大提高，尤其适用于静止逆变器及不间断电源(UPS)。[(3)内部集成“看门狗”定时器，加强了监控，提高了运行的可靠性。SA8282为28引脚，有双列直插式和贴片式两种封装，引脚如图3-9所示。其中AD₀-AD;为位地址与数据复用总线，用来从微处理器接收地址和数据。3条控制线(引脚6,7,8)在采用IntelYPHB,BPHT,BPHB为三相(以R、Y、B标记)PWM信号的六个输出端 AD7ZPPR (论文)由SA8282构成的变频调速系统如图3-10所示。首先由键盘输入给定的转速n₀(rpm),单片机把它换算成变频器将要输出的频率和电压的控制字，写入到SA8282的控制寄存器，启动TRIP端上，只要有一个故障发生，就会使SETTRIP端为高电平，起动SA8282内部的故障保护动逆变时钟测速放大电路电机目前已有许多厂商把该电路与整流电路、控制电路、驱动电路、保护电路及传感为一个模块，称为智能功率模块——IPM(IntelligentPowerModule)这样使主电路结构紧凑，(1)含驱动电路，设定最佳IGBT驱动条件；(2)含过流、过热、欠压、短路保护电路，出现异常时给出报警信号，以控制逆变器停止(3)含制动电路，可直接外接制动电阻Ri;(论文)SA8282输出的6路控制信号是TTL电平的，它们不能直接驱动IPM中的6个IGBT。原因有两个：1)IGBT需要的开关信号幅值约为±10V,TTL电平不能胜任；2)逆变桥中三个下桥臂是23456了89NC1NC2NC3图3-11IR2136S管脚图如图3-11,IGBT的管脚图，IGBT一般用集成电路芯片来驱动，这里使用IR2136S驱动芯片，IR2136S是功率半导体专家国际整流器公司(InternationalRectifier,简称IR)推出的三相高电压栅驱动器，并融合多元化的保护功能，采用28脚的DIP封装。IR2136S集成电路系列适用于省电节能的电子驱动式变速电机，有助降低成本和简化电路结构。IR2136集成电路能兼容CMOS输出或LSTTL输出，提供低至3.3120mA/250mA输出源/承电流。此外，全新集成电路支持坚固耐用的设计，提供高达50V/nsdV/dt的耐量和较低的di/dt驱动电流，防止噪音干扰。输入端光耦的隔离电压达到3000V,输入电流为5-10mA,可以驱动100A/600V的IGBTI²|。IR2136S集成电路的性能超过光耦和变压器，并支持高频工作，死区时间低至250ns,一般接通/关断时间为400ms。输出驱动器设有专为降低驱动器交叉传导的大脉冲电流缓冲级。该集成电路集成了交叉传导防护逻辑，以消除短路情况。单一集成电路封装内6个通道的传播延迟可互相配合，确保稳定的高频工作，从而在低速下发挥更完善的电机转矩性能，并降低可闻噪音。还可在过电流时切断6个输出电流，这项功能也可从外部电流传感电阻器产生。每当过电流或欠电压而导致工作停止时，主控制器会收到一个开漏故(论文)障信号，可同时关断全部6个输出。所有过电流状态都会经外设于R-C网络的延迟程序自动清除。损坏的部件。因此IGBT模块的保护工作显得十分重要。为此应做到以下几点：(1)选用智能型IGBT模块。IPM中一般都有过流、过热、短路、欠压保护电路，当任一情(2)对SA8282编程时，设置合理的效防止同一桥臂上、下开关元件的共态导通；后者可降低开关损耗，减少发热。(3)本电路分别设计了主电路过电流保护和主电路过温保护电路。当主电路过流或温度过件的保护。图3-12由SA4828组成的变频调速电路原理图人机交互是一个微机控制系统必备的功能，它实现了操作者和控制系统之间建立联系、交换实现。这样，操作者可以通过系统显示的内容、及时掌握系统运行情况，并可通过键盘输入数据、传递命令，对微机控制系统进行人工干预，以使其随时按照操作人员的意图工作。如图3-13操作面板设计。代码设定代码设定运行时间液晶显示工作参数指示灯停止按钮启动按钮设置应用清零设定代码1加工时间，设定范围(00h00m00s~99h59m59s)2单次工作时间，设定范围(00h00m00s~99h59m59s)3间歇时间，设定范围(00h00m00s~99h59m59s)4基本转速，设定范围(0r/min~3000.0s)5最高转速，设定范围(0r/min~3000.0s)6升速时间，设定范围(0.01~9999.99S)7降速时间，设定范围(0.01~9999.99S)8允许工作机温升范围(0~999℃)9罐内压力设定范围(0~4.99MPa)(论文)本系统采用的具体控制面板的设计如图3-13所示：球磨机在工作前，需要根据被加工物料的特性和加工要求，预先进行一系列的参数设定(如加工时间、基本转速、最高转速、升降速时间等),一般都是通过控制面板进行的。为了区分设置的不同参数，本文将它们与特定的功能码一一对应，用这些功能码来表示各个参数。具体参数如表3-5所示。(1)按“设置”键，蓝色指示等亮，在按“设置”使控制器功能码设定状态，这时蓝色指示(2)按数字增减键(A、√),找出需要预置的功能码，其中按入键增加，按v键减少；(3)选中需要预置的功能码后，再次按“设置”键，进入参数设定状态，本控制面板采用位(4)若需修改，则通过数字增减键(^、√或<、>)来设定数据；(5)如设定完毕，按“应用”键，绿色指示灯亮一秒，退到功能码设定状态，可进行其他功能码设定，具体设定同(3)、(4)。(6)全部设定结束后，连按两次“退出设定”键，退出参数设定。(7)按“启动”键，球磨机开始按设定工作。(8)按“停止”键，球磨机停止工作。(9)按“清零”键，黄色指示灯亮一秒，球磨机控制系统恢复到本次设定后最初状态。其原理图如图3.14所示：在本系统中要采用键盘和SMG12864Z液晶显示器来实现人机交互功能的。在本系统中要通过键盘输入实现总体工作时间的设定、分段输入转速给定值、设定代码的命令。SMG12864Z液晶显示要实现显示总体工作时间、现工作时间以及所选功能代码等。键盘使用P1.0~P1.5组成3×3键盘，(论文)(论文)间法雕键丽赋向谓辩¥NCNCPSBDB7DB4DB1≥9865432--手三写营二管不=○5~本次设计使用的是北京集粹电子设备制造有限公司生产的SMG12864Z液晶显示，北京集粹电子设备制造有限公司是一家专业从事液晶显示器件的开发、生产和经营的高科技企业。多年来公司一直致力于改进技术、提高质量和完善服务。从产品的形式上，公司目前可以生产TN型、HTN型、STN型和FSTN型等多种标准液晶显示屏和液晶显示模块。液晶显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置国标可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8-位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。SMG12864Z液晶显示的显示资料RAM提供64×2个位元组的空间，最多可以控制4行16字字型；ST7920A可以显示三种字型，分别是半宽的三种字型的选择，由在DDRAM中写入的编码选择，在0000H—0006H的编码中将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码达成中文字型的编码(A140—D75F),各种字型详细编码如1、显示半宽字型：将8位元资料写入种编码。工作。电路图如下所示。 本次设计的变频调速器的主电路主要由整流电路和逆变电路两部分组成。其主电路的基本结构如图3.17所示(1)整流电路(交—直部分)该功率较大，所以一般采用三相380V电源，整流电路为三相桥式全波整流电路。图中所示为不可控整流电路，采用大电容进行滤波，形成电压源型整流电路结构。由于整流电路输出的整流电压是脉动的直流电压，必须加以滤波。滤波电容的作用是：消除输出电压的波纹外，还在电源与逆变电路之间起去藕作用，以消除相互干扰，这就给作为感性负载的电动机提供必要的无功功率。因此，中间直流电路的电容量必须较大，起到储能的作用，所以中直流电路的电容又称储能电容。l(2)逆变器部分(直—交部分)逆变管Q3～Q8组成IGBT逆变桥，把D4～D9整流后的直流电，再“逆变”成频率、幅值都可调的交流电。这是变频器实现变频的执行环节，因此是变频器的核心部分。在电路中我们采用的逆变管是有绝缘栅双极晶体管。Q3～Q8进行逆变的基本工作过程：同一桥臂的两个逆变管，处于不停的交替导通和截止状态。在交替导通和截止的换相过程中也需要二极管进行保护。根据以上的知识，以及对电动机的参数计算，按下列式子进行选择IGBT。00电路工作时，流过每个IGBT的电流为通过上述设计，完成了硬件电路的设计。4模糊控制算法的设计4.1球磨过程的数学模型解析球磨过程解析模型最初是由爱泼斯汀(Epstein)在1948年提出的。他从统计观点确定了分别描述颗粒破碎概率的选择函数和破碎产物粒度分布的破裂分布函数，并建立如下微分一积分方程其中，P(x)是第P次粉碎破碎产物粒径小于x的质量比，B(x,Y)表示粒径为Y的颗粒被粉(论文)碎后成粒径为x的颗粒质量比。1962年古丁与麦劳意等人利用贝斯建立的微分方程，将选择函数和分布函数以连续函数形式来表示，建立了偏微分一积分方程。同年，戈得若和奥斯汀对连续粉碎过程建立了如下微分一积菲利浦从纯数学角度对粉碎过程的研究，也得到了同上式相同的模型。以上各种解析模型的建模思想都是基于粉碎选择函数和破裂分布函数，其相互之间也存在着可以用数学演算进行相互转换的规律。迄今，在欧美一些国家中对粉碎过程的研究基本上没有脱模型为了解析粉碎过程，引入了大量难以准确测定的选择函数和破裂分布函数，在数学上达到了很完善的程度，但由于缺少磨机操作工艺参数，使模型应用受到了限制。因此，近年来对置身模型进行了改造：以输入能量代替时间参数，将选择函数表示为能量输入与物料滞留量的函数基于模糊控制技术的多维摆动式球磨机控制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，这些问题增加了控制难度，用普通的传统控制算法已不能满足生产工艺的要求。而模糊控制理论为解决这一难题提供了一种新途径。模糊控制核心部分为模糊控制器。模糊控制器的控制规律由计算机的程序实现，实现模糊控制算法的过程是这样的：微机采样获取被控制量的精确值号E和误差变化率EC。选取误差信号E和误差变化率EC作为模糊控制器的输入量，把输入量的精确量进行模糊化变成模糊量，模糊量可用相应的模糊语言表示。至此，得到了模糊语言集合的子集。再由模糊子集和控制规则(模糊关系)根据推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量。为了对被控对象施加精确的控制，还需要将模糊量转换成精确量，这一步骤称为非模糊化处理。得到了精确的数字控制量后，经数模转换变为精确的模拟量送给执行机构，对被控对象进(1)根据本次采样得到的系统输出值，计算所选择的系统的输入变量；(论文)(2)将输入变量的精确值变为模糊量；(3)根据输入变量(模糊量)及模糊控制规则，按模糊推理合成规则计算控制量(模糊量);(4)由上述得到的控制量(模糊量)计算精确量。模糊控制器(FuzzyController)在模糊自动控制系统中具有举足轻重的作用，它的硬件结构由单片机最小系统组成，在软件上采用模糊控制算法软件，即使其采用模糊控制方式来实现控(1)确定模糊控制器的输入变量和输出变量；(2)设计模糊控制器的控制规则；(3)确立模糊化和非模糊化的方法；(4)选择模糊控制器的输入变量及输出变量的论域并确定模糊控制器的参数(如量化因子、比例因子);(5)编制模糊控制算法的应用程序；(6)合理选择模糊控制算法的采样时间。本设计中采用基本的“查询表”方式的模糊控制器，这种控制器将模糊控制规则最终转化为一个查询表又称控制表，存储在计算机中供在线控制时使用。这种形式的模糊控制器具有结构简单，使用方便的特点。模糊控制器结构的设计是指确定模糊控制器的输入变量和输出变量。选择转速误差E和误差变化率EC为模糊控制器的输入变量，选择输入变频器的控制输入量U为输出变量。减小甚至消除交流电机输出偏差是本设计的最终目的。仿照人控制这类问题的经验，根据“查询表”方式模糊控制器的规律以及变频调速系统的设计情况，这种模糊控制器称为二维模糊控制器，模糊控制器的维数越高，控制越精细。但是维数过高，模糊控制规则变得过于复杂，控制算法得实现相当困难。二维模糊控制器是目前在模糊控制中应用较广泛的一种模糊控制器结构，它在实际应用中收到了很好的工程性能效果，也很适合本系统的实际要求。模糊控制器的输入变量误差、误差变化和被控对象所要求的控制量实际变化范围称为这些变量的基本论域。考虑到交流电机实际运行情况和模糊控制的需要，设定误差及误差变化率基本论域均为[-100,+100]。由于模糊控制器的输出是由单片机最小系统的模拟量输出来实现的，故模糊控制器的输出变量的基本论域为[0,5]。对于变量语言变量的论域选择，一般选误差论域的N≥6,选误差变化的论域的M≥6,选控制量的论域L≥7。这是因为语言变量的词集多半选为七个，这样能满足模糊集论域中所含元素个数为模糊语言词集总数的二倍以上，确保诸模糊集能较好地覆盖论域，避免出现失控现象。所以误差及误差变量所取的语言变量论域定义为：输出控制量的语言变量论域定义为：当由计算机实现模糊控制算法进行模糊控制时，每次采样得到的被控制量须经计算机计算，便得到模糊控制器的输入变量误差及误差变化。为了进行模糊化处理，必须将输入变量从基本论域转换到相应的模糊集的论域，这中间需将输入变量乘以相应的因子。量化因子一般用K表示，误差的量化因子K。及误差变化的量化因子K。分别由下面两个公式来确定，即此外，每次采样经模糊控制算法给出的控制量(精确量),还不能直接控制对象，还必须将其转换到为控制对象所接受的基本论域中去。输出控制量的比例因子由下式确定，即由于控制量的基本论域为一连续的实数域，所以，从控制量的模糊集论域到基本论域的变换，可以利用(4-4)计算，即式中!;为控制量模糊集论中的任一元素或为控制量的模糊集所判决得到的确切控制量，y.为控制量基本论域中的一个精确量，K。为比例因子。量化因子和比例因子的选择并不是唯一的，可能有几组不同的值，都能使系统获得较好的响应特性。2.各模糊变量的模糊子集的定义(论文)模糊控制器的控制规则表现为一组模糊控制条件语句，在条件语句中描述输入输出变量的一些词汇(如“正大”、“负小”等)的集合，称为这些变量的词集。一般都选“大、中、小”三个词汇来描述模糊控制器的输入、输出变量的状态。由于人的行为在正、负两个方向的判断基本上是对称的，将大、中、小再加上正、负两个方向并考虑变量的零状态，共有七个词汇，即{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}一般用英文字头缩写为：选择较多的词汇描述输入、输出变量，可以使制定规则方便，但是控制规则相应变得复杂。选择词汇过少，使得描述变量变得粗糙，导致控制器性能变坏。一般情况下，选择上述七个词汇。定义一个模糊子集，实际上就是要确定模糊子集隶属函数曲线的形状。将确定的隶属函数曲线离散化，就得到了有限个点上的隶属度，便构成了一个相应的模糊变量的模糊子集。隶属函数曲线形状较尖的模糊子集其分辨率较高，控制灵敏度也较高；相反，隶属函数形状较缓，控制特性也较平缓，系统的稳定性较好。至于隶属函数μ(e)曲线的具体形状都对控制特性影响不大。在本设计中，隶属函数的形状选为常用的三角形。选择描述某一模糊变量的各个模糊子集时，要使它们在论域上的分布合理，即它们应该较好的覆盖整个论域。在定义这些模糊子集时要使论域中任何一点对这些模糊子集的隶属度的最大值不能太小，否则会在这样的点附近出现不灵敏区，以至于造成失控，使模糊控制系统控制性能变坏。当论域中元素总数为模糊子集总数的二到三倍时，模糊子集对论域的覆盖程度较好。两个模糊子集交集的最大隶属度值一般选取为0.4～0.8。其值过大过小都是不利的，值过大会造成两个模糊子集难以区分，使控制灵敏度显著降低。为满足上述要求，在本设计中为系统输入、输出语言变量都选取7个语言值：NB,NM,NS,0,PS,PM,PB,并根据实践经验，确定出在各语言变量论域上用以描述模糊子集NB,M,NS,0,PS,PM,PB的隶属函数μ(e)、μ(ec)、μ(u)即所谓的对模糊变量赋值，就是确定论域内元素对模糊变量的隶属度.模糊变量E、EC、及u的赋值分别如表4.1、4.2、4.3所示，它们是根据不同的对象的实际情况确定的。μeE0123456(论文)0000000000000000000000000O000000000000000000000000000000000000表4-2模糊变量EC的赋值表μEP01234560000000000000000000000000O000000000000000000000000000000000000表4-3模糊变量u的赋值表(01234567PB000000000001480PM000000000270720PS0000000408410000000000505000000NS000148040000000NM027072000000000NB084110000000000模糊控制器的控制规则是基于手动控制策略，而手动控制策略又是人们通过学习、实验以及长期经验积累而逐渐形成的，存储在操作者头脑中的技术知识的集合。手动控制的作用同自动控制系统中的控制器的作用是基本相同的，所不同的是手动控制决策是基于操作系统经验和技术知可以把语言归纳的手动控制策略上升为数值运算，于是可以采用微机完成这个任务以代替人的手动控制，实现所谓的模糊自动控制。模糊控制规则，实质上是将操作者在控制过程中的实践经验选择完模糊关系就要把操作过程中要遇到的各种可能出现的情况和相应的控制策略汇总为(论文)模糊控制。确定模糊控制规则的原则是必须使系统输出响应的动静态特性达到最佳。首先考虑误差为负的情况，当误差为负大时，若误差变化为负，这时误差有增大的趋势，为尽快消除已有的负大误差并抑制误差变化大，所以控制量的变化取正大。当误差为负而误差变化为正时，系统本身已有减少的趋势，所以为尽快消除误差且又不超调，应取较小的控制量。当误差为负大且误差变化为正小时，控制量的变化取为正中。若误差变化正大或正中时，控制量不宜增加，否则造成超调会产生正误差，因此这时控制量变化取0等级。当误差为负中时，控制量的变化应该使误差尽快消除，基于这种原则，控制量的变化选取同误差变化为负大时相同。当误差为负小时，系统接近稳态，若误差变化为负时，选取控制量的变化为正中，以抑制误差负方向变化；若误差变化为正时，系统本身有消除负小误差的趋势，选取控制量变化为正小即可。上述选取控制量变化的原则是：当误差大或较大时，选择控制量以尽快消除误差为主；而当误差较小时，选择控制量要注意防止超调，以系统的稳定性为主要出发点。误差为正时与误差为负时相类同，相应的符号都4.建立模糊控制表上述描写模糊控制的21条模糊条件语句之间是或的关系，由第1条语句所确定的控制规则可以计算出ui。由第1条语句所确定的模糊关系可用式(4-5)写出，即R=[(NB+NM)×PB₁]·[(NBEc+NMEc)×PB]如果令此刻采样所得到的实际误差量e且误差的变化为ec。通过合成关系运算可以算出控制量为对于e及ec的隶属函数值对应于所量化的等级上取1,其余均为零值，这样可使式(4-7)u=min{max[uNB(i)uNM₄(i)];max[uNB₂(j);uNM(j)];upB第1个元素(即令测量得到的误差为第i等级)的隶属函数，而uNB。(j);uNMg(j)是模糊集合NBgc和NMgc第j个元素(令测量得到的误差变化为第j等级)的隶属度。同理，可以由其余各条语句分别求出控制量u₂到uzi,则控制量为模糊集合u,表示为(论文)由式(4-9)计算出的模糊控制量可以选用一种判决方法，将控制量由模糊量变为精确量。进行模糊判决时可采用最大隶属度法，选取控制量模糊集合u中隶属度最大的元素u*作为控制量，若u*仅为一个，则选择该值作为控制量。若u*有多个，且ui≤u₂≤…≤u,,则取(ui+u)/2作为控制量。[u]按以上方法，对论域中的全部元素的所有组合计算出相应的以控制量；论域元素表示的精确量，然后列出表4.4模糊控制表。μ0123456600050004000300002121201222200044451104445441000444544410076666663007676777422000666666644200076767774420004.4模糊控制器的工作上面的四步工作都是离线进行的，通常在求得模糊控制表后，都把它存在计算机的内存中，并编制一个相应的查找控制表的子程序。而在实际控制过程中，模糊控制器只需进行以下几步的(论文)第一步在每一控制周期中采样系统的输出Y(k),并求取实际的即时误差e(k)和误差变化率ec(k)如下：T是采样时间，合理的选择采样时间对于系统的动静态特性提高是很关键的。香农采样定理给出了选择采样周期的上限，即式中omax采样信号的信号的上限角频率。在此范围内，采样周期越小，就越接近连续控制。综合考虑各方面因素，本系统的采样周期选择为1秒。第二步将实际的e(k)和ec(k)分别乘以量化因子K。和K。,取得以相应论域元素表征的查找控制表所需的E和EC值，即第三步以E和EC查找控制表(表4-2模糊控制表)的行和列，可得输出控制量的论域值U第四步将查表得到的控制量的论域值U乘以比例因子K,,便可得到实际的控制量输出去法实时计算量大，耗时多，响应速度慢的缺点，提高了系统的实时控制能力。[15系统软件设计模糊控制在线部分的工作完全由软件来实现。完成模糊查表算法，需计算转速误差和转速误差变化率，若计算转速误差和转速误差变化率就必须与转速给定值进行比较计算，在本系统中，序，键盘输入程序功能要有以下4个方面：盘上行线全高电平),则键盘上没有闭合键，若其不全为“1”,则有键闭合。(论文)2.去除键的机械抖动，其方法为判别出键盘上有键闭合后，延迟一段时间再判别键盘的态，若仍有键闭合，则认为键盘上有一个键处于稳定的闭合期，否则认为是键的抖动。3.判别闭合键的键号，方法为对键盘的列线进行扫描，从P1.3到P1.5依次输出低电平，相应的依次读出P1口的状态，若P1.3～P1.5为全“1”,则列线为“0”的这一列上没有键闭合，闭合键号等于为低电平的列号加上为低电平的行的首键号。4.使CPU对键的一次闭合仅做一次处理，采用的方法为等待闭合键释放以后再处理。按以上四条就可以编写键盘输入子程序，完成键盘输入，从键盘读入转速的给定值后，由于从键盘读入的转速给定值是以BCD码的形式输入到单片机控制系统当中的，若要使其参加系统的控制运算，必须通过BCD码到十六进制转换的子程序，将其转换为可参加运算处理的十六进制数。将转换后的数值存放到8051内存单元079H、080H中，再调用显示子程序显示转速给定值。从键盘上读入命令后，执行相关的操作输出对变频器控制信号。从而启动电机。AD574采用软件延时方式进行采样，采样后的信号范围为00H～FFH,与给定转速信号标度不同还无法进行比较运算，需先进行标度值的变换按以下公式将采样的反馈值标度转换为双字节十六进制数，A0——转速测量的下限；NO——转速测量下限所对应的数字量；NM——转速测量下限所对应的数字量；NX——测量值所对应的数字量；为了提高运算的精度可先将采样值扩大100倍，在运算完毕后再缩小100倍，这样做大大提高了采样反馈值的精度。然后，再求反馈值和给定值的误差值，由于是双字节运算就需调用双字节加减法和除法子程序。求完差值后，通过判断运算结构是否溢出来确定误差值的正负，若为负，需将其结果转换为其绝对值，用专门的内存单元来存放表示其正负的信息。将误差值的精确值乘以误差值的量化因子转化模糊子集论域中。本次误差值去减上次误差值(若为第一次设定前一次的误差值为0)求的误差变化率。再将误差变化率的精确值乘以误差变化率的量化因子将其转换到模糊子集论域中。还需判断误差是否在设定的误差基本论域内，若超出基本论域且是远小于给定值，需将输出加到最大值，若是远大于给定值则输出减到最小值，否则继续执行模糊调速程序，(论文)再判断误差变化率是否超出给定基本论域范围，若超出且小于给定值，则将其对应模糊子集论域中的值设为+6,若大于给定值，则将其对应模糊子集论域中的值设为-6,否则继续执行模糊调速程序。计算出误差值和误差变化率对应于模糊子集论域中的值，执行查表程序从模糊控制表中查出对应输出的控制量值，输出到变频器控制端进行变频调速。然后，若无中断则继续采样进行变频调速。若在主程序执行过程中，有中断信号产生则执行中断子程序。进入中断子程序后先要保护现场，然后执行相应操作，退出中断后要先恢复现场再返回到主程序。其具体流程图如图5.1在系统启动时，应先要求操作者根据实际情况由键盘输入稳态转速的给定值、最高转速给定值、工作时间、加工类型等，根据操作者输入的键值命令通过输出电路向变频器输出对应的信号启动交流电机。在电机运行后，模糊控制器根据系统采样过来的转速信号，执行相应的模糊控制查表程序而后输出控制信号控制变频驱动电路，然后再采样，再进行模糊算法调速，这样不断的循环调速直到定时结束(或由键盘键入“停止”键)其系统主程序流程图如图5.2所示。开始否计算机查表地址求实际控制量送变频驱动电路采样时间到?否返回图5-1模糊控制算法流程图否否(论文)开始初始化否是否有键按是否显示程参数设定子否显示程参数设定子否是否按下是否有故障?否读入设定值否‘停止’键是否按下否设定时间到报警是是是停止是(论文)在主程序运行时，若有中断信号，则执行中断子程序来判断是否有入键、v键、<键、>键按下，按顺序依次判断入键、v键、<键、>键中哪一个被按下，然后执行显示子程序，并返回主程序其调用键盘子程序和显示子程序流程图分别如图5.3程序入口程序入口否是有键闭合调用显示子程序延时6ms是是5.3中断保护程序(论文)断服务程序中，单片机除了要给SA8282发立即停止命令外，还要在显示屏上显示故障，以提示工作人员。只有在工作人员排除故障后脉冲封锁才能由复位信号解除。该中断服务程序的流程图如图5.5所示。中断入口中断入口保护现场报警故障排除?是中断返回图5-5中断服务程序的流程图球磨机控制系统的现场运行环境恶劣，干扰严重，对单片机运行的可靠性和安全性有很高的要求。除了在硬件电路上需要安排一些必要的抗干扰措施外，还需要软件系统的密切配合。当噪声干扰窜入单片机内部时，后果非常严重，可能使系统失控。最典型的故障就是破坏程(论文)序计数器PC的状态，导致程序从一个区域跳转到另一个区域，或者程序在地址空间内跑飞，甚至陷入“死循环”。为了将乱飞的、或陷入死循环的程序纳入正轨，转到指定的错误处理程序入口，以尽可能地减少损失，就必须采取一些必要的软件抗干扰措施，这里采用“看门狗”技术。PC受到干扰而失控，引起程序乱飞，也可能使程序陷入“死循环”。软件陷阱技术不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境，这时只有采用“看门狗”技术使程序脱离“死循环”。“看门狗”技术就是不断监视程序循环运行时间，若发现时间超过循环设定时间，则认为系统陷入了“死循环”,然后强迫程序进入错误处理程序，使系统运行纳入正轨。在本设计中，利用了专用集成电记时器来监视系统程序的运行。正常运行时，系统会定时就会向单片机发外部中断信号，迫使程序进入正轨。可以在很大程度上避免大的环境噪声引起的程序工作异常对整个变频器系统和电机造成的破坏，有效地保护了系统的正常运行。6.1系统测试图6.1为系统测试输出响应曲线，由其输出响应曲线可看出本系统的动态响应很好，几乎无(论文)超调、调节时间为1s,完全可满足系统性能指标：超调量小于5%、调节时间小于1s,缺点是稳态时系统出现振荡。由于模糊控制理论本身模糊化时的离散化使得输出控制量在模糊论域中的值是离散阶跃。通过系统调试可知，由单片机控制的变频调速电路各项指标已达到工程实际要求，基于模糊控制技术的多维摆动式球磨机控制系统经过测试分析，各项性能指标达到设计要求。由于采用看门狗电路，和硬件抗干扰技术，系统抗干扰能力大大增强。采用DS1302时间芯片使系统在掉电后时间数据不丢失，并且该数据长时间有效。罐体温度检测系统性能可靠，检测温度误差在3℃之内。压力检测系统和电机速度测试系统性能可以达到球磨机高速转动下的抗震动要求。本设计的球磨机采用的模糊算法对球磨机控制可以达到加工的需要，电气控制系统的设计的控制芯片采用市场成熟的产品提高了机器在运行时的可靠系数，电气传动方面采用IPM模块进一通过系统的测试分析可得，本次设计的系统有如下特点：1.加工效率高。因为本次设计所采用了模糊控制算法，使加工时间大大缩短，提高了该设备的效率。2.可操作性好。本系统操作简单，外围电路比较少，各部分均采用典型电路，使用和维修都比较方便。3.经济效益高。系统的性价比高，因为采用的均为一些低成本的元件，投入产出的能耗较小，对环境的影响不大。随着对粉体加工技术要求的提高，系统的控制要求也提高，系统的整体设计是一个