基于模糊控制的滚筒烘丝机的烟丝烘干控制系统

李红京

(河北白沙烟草有限责任公司,河北石家庄 050035)

基于模糊控制的滚筒烘丝机的烟丝烘干控制系统

李红京

(河北白沙烟草有限责任公司,河北石家庄 050035)

该系统以DSP单片机为核心处理器,利用中频感应加热技术,提高热源的加热效率。通过频率自动跟踪技术,使加热效率达到最佳。利用PWM技术实时调整加热温度。同时利用模糊控制算法,将加热温度、送风风量、风向导向综合控制,实现控制进入滚筒内热风的风量、温度,进而实现控制烟丝烘干效果的目的,使得烟丝烘干过程可控性好,烘干效率高。

模糊控制;中频感应;PWM;烟丝烘干

1 感应加热原理

感应加热是利用处在交变磁场中的导体内产生的涡流和磁滞损失作用于金属而引起热效应,在很短的时间内产生大量的热能,以此来对金属表面或整体进行加热。在导体中流过电流时,在它的周围便同时产生磁场。交流电时,产生的磁场也是交变的,会引起集肤效应,使大部分电流向导体的表面流通,即有效导电面积减小,电阻增加。交流电流的频率愈高,集肤效应就愈严重。由焦耳定律可知,由于电阻增加,使导体的发热量增加。同时,由于电流沿表层流通,热量集中于导体的表层,因此可利用高频电流对导体的表层进行局部加热。同样,在高频电流通过相距过近的导体,引起所谓邻近效应和环形效应。

2 感应加热主电路

电路采用三相全桥整流方式,采用电容滤波形式,直流电压约为520V,一般电容耐压为450V,采用电容串联以提高耐压值,利用电阻与电容串并联,以保证两个电容上的电压均衡。感应加热器负载是由1m长的6分管构成,在管的外壁缠绕高温电缆,在缠绕的高温电缆通入中频电流,频率在400Hz～4k Hz之间连续可调,分辨率为1Hz,由于这种负载为感性负载,功率因数很低,为了提高功率因数,同时为了降低加热器加热时,中频产生的噪声,将采用串联补偿电容形式,形成串联谐振电路。如图1所示。由于串联谐振谐振峰值很高,特别是在负载开路时,峰值更大,为了避免峰值电压击穿IGBT,在每个IGBT上并联一个续流二极管。

图1 中频感应加热电源的电路结构

3 串联谐振电路参数计算

式中:I0逆变器输出电流基波有效值;

U1逆变器输出电压基波有效值。

从上式可以看出,输出功率与逆变器工作频率和输出电压有关,为了取得最佳谐振回路品质因数,合理选择补偿电容是关键,同时由于器件的老化,电容、电感参数在不断发生变化,品质因数在逐渐变低,为了提高输出功率,采用频率自动跟踪技术,可以弥补参数不匹配的不足。另外电压的变化可以调节功率,所以采用PWM技术,可以实时调节输出功率。

上式中0.82Uf的电容由一些0.01U/630V/10k Hz的电容进行串并联得到。

串联目的是增加电容耐压值,并联目的是准确达到要求的电容值。

4 模糊控制算法

在应用DSP控制系统设计时,将采样计算得到的筒内温度信号和给定的参考温度相比较得出误差信号e和误差变化Δe,做为模糊控制器的输入。对于偏差信号e、变化率Δe和控制变量u的物理论域通过量化可变换到论域{-5,-4,-3,-2,-1,1,2,3,4,5},并取正大、正中、正小、零、负小、负中、负大(PB,PM,PS,O,NS,NM,NB)语言变量值档次。

根据中频感应加热电源功率因数和占空比调节能力,得出以下模糊控制规则如表1所示。

表1 模糊控制规则表

各个语言变量值的隶属函数可写成表2、表3所示的值。

表2 隶属函数

表3 隶属函数

5 软件程序设计流程图

根据中频感应加热系统的工艺要求,首先对其下位机设定温度曲线,然后调用模糊规则库进行算法控制,从而得到输出频率、输出占空比以及风机调节比,最后通过系统检测得到烘干结果。其程序流程图如图2所示。

图2 程序流程图

6 运行结果

按照上述控制设计得到的中频感应加热移相控制调功逆变输出电压电流波形如图3、4所示。

图3 输出电压波形

7 结束语

图4 输出电流波形

该系统利用中频感应加热技术,热能效率高、加热速度快,动态性能好,比过去工频电阻丝加热节能30%,同时采用模糊控制算法,综合控制送风量,比过去的阀门调节灵敏度高,且节能。精确的控温效果,使得烟丝烘干过程可控性好,烘干效率高。

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Drum drying machine tobacco drying control system based on fuzzy control

LIHong-jing

(Hebei Baisha Tobacco Co.,L TD,Shijiazhuang Hebei050035,China)

This system to DSPmicrocontroller as core p rocessor,using themedium f requency induction heating technology,imp rove the heat heating efficiency.Through the frequency automatic tracking technology,make the heating efficiency to achieve the best.Using PWM technology real-time adjust heating temperature.A t the same time use the fuzzy control algo rithm,w ill air heating temperature, air,w ind direction,to realize control into comp rehensive control of air volume and air cylinder inside temperature,and achieve the purpose of tobacco control drying effect,make tobacco drying p rocess control well,drying high efficiency.

Fuzzy control;Intermediate frequency induction;PWM;Tobacco drying

TP391.9

:A

1001-9383(2011)01-0026-05

2010-12-24

李红京(1972-),男,河北邯郸人,工程师,主要从事电气工程技术开发研究.