基于DSP的竹胶板干燥控制系统设计

基于DSP的竹胶板干燥控制系统设计陈慧慧谢小平潘日鸣范大鹏2（1.中南林学院，长沙410004；2.国防科学技术大学，长沙410073）进行自动化改造。系统采用主控机+现场智能控制模块的方案进行设计，各部分采用CAN总线实现通讯。主控机总体协调各模块运行情况，现场智能控制模块以DSP*TMS32CF2407A为核心，采用Fuzzy-PID算法、先进的伺服驱动模块和速度比例微分反馈的形式，使系统的稳定、准确和快速性达到工业生产的要求。
1系统设计的目的现在我国的竹胶板干燥工艺大都采用手工操作，自动化程度相当低。为提高生产效率、降低生产成本，必须运用现代工业控制技术进行自动化改造。
由竹篾生产出竹胶板的步生产过程是干燥。国内中小厂家一般采用横向通风式网带干燥机。干燥机由干燥段和冷却段两部分组成，干燥段分为四个分室。工作层为25层，其上放有待干燥的平行竹篾，无级变速电动机带动其前进。每干燥室有两个通风扇，叶片安装相反，使其一侧为吸风，一侧为排风，中间有空气导板相隔，风扇两边为散热器，形成横向热空气循环，竹篾的水份被带走。有一部分湿空气由排湿管排入大气中，同时有部分新鲜空气由干燥分室四壁不严密处进入干燥机，混入循环空气中。
系统设计的目的就是采用现代工业控制系统（控制器+直流饲服电机）代替原有控制系统：，代替拖动网带前进的无级变速电动机；第二，控制通风扇的转速；第三，控制排湿管阀门的开关大小；保证干燥后的竹篾的湿度符合下一步工艺的要求。因为工厂接受的原竹篾含水量每批之间差别很大，在设计和伺服驱动的研宄。
空气下的放置时间不同，当时的天气环境也各不相同，所以应该以测湿计的水分含量和老工人的经验为依据，运用模糊控制原理编辑控制表，通过主控机修改各现场智能控制模块控制参数达到干燥工艺的要求。因为、第二、第三点相互关联所以应该由主控机统筹规划控制表，控制各电机的速度，使得系统高效有序地运转。
2系统设计的方法系统采用主控机+现场智能控制模块的方案进行设计，主控机采用工业控制计算机，内有CANPCI卡用于和现场智能控制模块中的CAN模块组成CAN总线，进行网络通讯。现场智能控制模块采用位置环、速度环、加速度环三闭环的控制模式，运用DSP+高电压、大功率运算放大器+直流饲服电机的伺服驱动方法，实现系统的平稳快速运行。根据模块化的设计思想，按照一般控制系统的设计规律，将现场智能控制模块分为几个主要模块：中央处理单元模块、脉宽调制放大器模块、驱动模块、电流检测与保护模块、速度检测模块、网络接口（CAN）模块。系统模块设计方案见。各模块采用以大规模集成电路芯片为中心、辅之以必要的分立元件的模块设计形式，稳定性、可靠性都大大提高。
系统框现场智能控制模块的设计3.中央处理单元模块芯片作为控制器。TMS320LF24tk芯片作为DSP控制器24x系列的新成员，是TMS320C200平台下的一种定点DSP芯片。从结构设计上讲，240x系列DSP提供了低成本、低消耗、高性能的处理能力，在电机控制系统中处于核心地位，它共有4项主要功能如下：将主控机传送的电机的未来位置信号与电机的当前位置信号相减，并作Fuzzy-PID控制算法。
通过CAN总线接受上位机传送的Fuzzy-PID算法的模糊控制值信号和电机终位置信号，并与系统当前位置信号相减得出位置差信号。再将系统当前位置信号传送给雷达主机，便于远程控制和指挥。
将处理后的信号控制脉宽调制模块，改变脉宽控制驱动模块从而达到控制直流电机的目的。
DSP再根据一定时序实现了以上主要功能后，也就完成了系统的主要运作。
3.其它模块的设计3.2.1网络接口模块为了适应现代战争网络化指挥的需要，根据实际情况，采用CAN总线的网络连接方式实现火炮和雷达主控机之间的通讯。
因为DSP内部嵌入了CAN控制器，只要在外部连接CAN收发器80C250和少量分立元件就能挂在CAN总线上实施实时通讯。
主控计算机装有CAN-PCI模块，组成一个完整的CAN总线网络。由于CAN属于总线式串行通信网络，由于其采用了许多新技术及的设计，与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。
3.2.2伺服驱动模块在此模块中，使用PA05高电流运算放大器作为驱动模块，见。PA05是APEX的产品，输出电流可高达30A，能完全满足干燥系统中的直流电机驱动的需要。并且性能稳定，广泛应用于各种直流驱动电路中。模块中，对模块电压的检测采用量式编码器，并通过L291进行F?V变换，使编码盘的位置信号转变为模拟电压信号，它代表电机速度。
用采样电阻对电机电流进行检测。DSP传送的是数字脉冲信号，而后面的电路都采用模拟量的运算，所以必须接A/D转换并与速度反馈的模拟电压信号相减，这样简单实用，符合一般驱动器的设计原则。
具体电路采用L291进行设计。
反馈的模拟电流和电压信号需要经过RC网络调节后才能和前向信号相减起到控制器的作用。因为电机对执行部件采用直接驱动模式，所以电机转速不是很快。为了使系统低频工作时更加稳定，速度反馈采用并联比例微分（PD）反馈，加速度反馈采用并联比例（P）反馈。
伺服驱动模块4Fuzzy-PID控制算法的应用前人大量的工作证明，经典控制理论在实时工业现场控制中仍然是切实可行的佳方案。但面对系统参数变化很大的情况，定参数的PID实时控制效果有待改善。在本系统中所以将采用Fuzzy-PID控制算法，即DSP用模糊推理法确定PID参数。
常规PID控制器的控制作用可用以下位置算式来描述：偏差和与偏差变化率；p，Ki和Kd分别为比例系数、积分作用系数和微分作用系数；p的作用在于加快系统响应速度，提高调节精度，减小稳态偏差；i的作用在于改变积分作用的强弱，彻底消除稳态偏差；Kd的作用在于改变微分作用的强弱，提高系统的快速性和抗干扰能力。根据参数对系统输出特性的影响情况，可归纳出在一般情况下，不同的E和EC时，被控过程对参数的自整定要求如下：系统响应处于所示输出曲线第I输出响应曲线段时，即E较大。为了加快系统的响应速度并避免因开始时偏差E的瞬间变大，可能引起微分过度饱和，而使控制作用超出许可范围，因此应取较大的Kp和较小的Kd，同时为了防止积分饱和，避免使系统响应出现较大的超调，此时应去掉积分作用，即Ki二0.当系统响应处于所示输出曲线第段时，即E和EC为中等大小。为使系统响应的超调减少，应取较小的KpKi和Kd的大小要适中，以保证系统的响应速度。
当系统响应处于所示输出曲线的第I段时，即|E|较小。为使系统具有良好的稳态性能，应增大KpKi值，同时为避免系统在设定值附近出现振荡，并考虑系统的抗干扰性能，应适当地选取根据以上参数整定原则，采用模糊推理的方法设计模糊自整定PID参数控制器，编制了Fuzzy控制算法程序，程序流程图如所示。
系统响应曲线程序流程结论经过工厂现场调试，系统运行稳定。通过调整KpKi和Kd的模糊控制表，系统性能略优于定参量的PID，这也是对今后模糊一PID算法的进一步研宄打下良好的基础。