基于模糊控制的滾筒烘絲機(jī)的煙絲烘干控制系統(tǒng)

李紅京

(河北白沙煙草有限責(zé)任公司,河北石家莊 050035)

基于模糊控制的滾筒烘絲機(jī)的煙絲烘干控制系統(tǒng)

李紅京

(河北白沙煙草有限責(zé)任公司,河北石家莊 050035)

該系統(tǒng)以DSP單片機(jī)為核心處理器,利用中頻感應(yīng)加熱技術(shù),提高熱源的加熱效率。通過頻率自動跟蹤技術(shù),使加熱效率達(dá)到最佳。利用PWM技術(shù)實(shí)時調(diào)整加熱溫度。同時利用模糊控制算法,將加熱溫度、送風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)向?qū)蚓C合控制,實(shí)現(xiàn)控制進(jìn)入滾筒內(nèi)熱風(fēng)的風(fēng)量、溫度,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制煙絲烘干效果的目的,使得煙絲烘干過程可控性好,烘干效率高。

模糊控制;中頻感應(yīng);PWM;煙絲烘干

1 感應(yīng)加熱原理

感應(yīng)加熱是利用處在交變磁場中的導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的渦流和磁滯損失作用于金屬而引起熱效應(yīng),在很短的時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱能,以此來對金屬表面或整體進(jìn)行加熱。在導(dǎo)體中流過電流時,在它的周圍便同時產(chǎn)生磁場。交流電時,產(chǎn)生的磁場也是交變的,會引起集膚效應(yīng),使大部分電流向?qū)w的表面流通,即有效導(dǎo)電面積減小,電阻增加。交流電流的頻率愈高,集膚效應(yīng)就愈嚴(yán)重。由焦耳定律可知,由于電阻增加,使導(dǎo)體的發(fā)熱量增加。同時,由于電流沿表層流通,熱量集中于導(dǎo)體的表層,因此可利用高頻電流對導(dǎo)體的表層進(jìn)行局部加熱。同樣,在高頻電流通過相距過近的導(dǎo)體,引起所謂鄰近效應(yīng)和環(huán)形效應(yīng)。

2 感應(yīng)加熱主電路

電路采用三相全橋整流方式,采用電容濾波形式,直流電壓約為520V,一般電容耐壓為450V,采用電容串聯(lián)以提高耐壓值,利用電阻與電容串并聯(lián),以保證兩個電容上的電壓均衡。感應(yīng)加熱器負(fù)載是由1m長的6分管構(gòu)成,在管的外壁纏繞高溫電纜,在纏繞的高溫電纜通入中頻電流,頻率在400Hz～4k Hz之間連續(xù)可調(diào),分辨率為1Hz,由于這種負(fù)載為感性負(fù)載,功率因數(shù)很低,為了提高功率因數(shù),同時為了降低加熱器加熱時,中頻產(chǎn)生的噪聲,將采用串聯(lián)補(bǔ)償電容形式,形成串聯(lián)諧振電路。如圖1所示。由于串聯(lián)諧振諧振峰值很高,特別是在負(fù)載開路時,峰值更大,為了避免峰值電壓擊穿IGBT,在每個IGBT上并聯(lián)一個續(xù)流二極管。

圖1 中頻感應(yīng)加熱電源的電路結(jié)構(gòu)

3 串聯(lián)諧振電路參數(shù)計(jì)算

式中:I0逆變器輸出電流基波有效值;

U1逆變器輸出電壓基波有效值。

從上式可以看出,輸出功率與逆變器工作頻率和輸出電壓有關(guān),為了取得最佳諧振回路品質(zhì)因數(shù),合理選擇補(bǔ)償電容是關(guān)鍵,同時由于器件的老化,電容、電感參數(shù)在不斷發(fā)生變化,品質(zhì)因數(shù)在逐漸變低,為了提高輸出功率,采用頻率自動跟蹤技術(shù),可以彌補(bǔ)參數(shù)不匹配的不足。另外電壓的變化可以調(diào)節(jié)功率,所以采用PWM技術(shù),可以實(shí)時調(diào)節(jié)輸出功率。

上式中0.82Uf的電容由一些0.01U/630V/10k Hz的電容進(jìn)行串并聯(lián)得到。

串聯(lián)目的是增加電容耐壓值,并聯(lián)目的是準(zhǔn)確達(dá)到要求的電容值。

4 模糊控制算法

在應(yīng)用DSP控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時,將采樣計(jì)算得到的筒內(nèi)溫度信號和給定的參考溫度相比較得出誤差信號e和誤差變化Δe,做為模糊控制器的輸入。對于偏差信號e、變化率Δe和控制變量u的物理論域通過量化可變換到論域{-5,-4,-3,-2,-1,1,2,3,4,5},并取正大、正中、正小、零、負(fù)小、負(fù)中、負(fù)大(PB,PM,PS,O,NS,NM,NB)語言變量值檔次。

根據(jù)中頻感應(yīng)加熱電源功率因數(shù)和占空比調(diào)節(jié)能力,得出以下模糊控制規(guī)則如表1所示。

表1 模糊控制規(guī)則表

各個語言變量值的隸屬函數(shù)可寫成表2、表3所示的值。

表2 隸屬函數(shù)

表3 隸屬函數(shù)

5 軟件程序設(shè)計(jì)流程圖

根據(jù)中頻感應(yīng)加熱系統(tǒng)的工藝要求,首先對其下位機(jī)設(shè)定溫度曲線,然后調(diào)用模糊規(guī)則庫進(jìn)行算法控制,從而得到輸出頻率、輸出占空比以及風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)比,最后通過系統(tǒng)檢測得到烘干結(jié)果。其程序流程圖如圖2所示。

圖2 程序流程圖

6 運(yùn)行結(jié)果

按照上述控制設(shè)計(jì)得到的中頻感應(yīng)加熱移相控制調(diào)功逆變輸出電壓電流波形如圖3、4所示。

圖3 輸出電壓波形

7 結(jié)束語

圖4 輸出電流波形

該系統(tǒng)利用中頻感應(yīng)加熱技術(shù),熱能效率高、加熱速度快,動態(tài)性能好,比過去工頻電阻絲加熱節(jié)能30%,同時采用模糊控制算法,綜合控制送風(fēng)量,比過去的閥門調(diào)節(jié)靈敏度高,且節(jié)能。精確的控溫效果,使得煙絲烘干過程可控性好,烘干效率高。

[1] 潘天明.現(xiàn)代感應(yīng)加熱裝置[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1996,1-6.

[2] Oleg Koudriavtsev,Shengpei Wang,Yoshihiro Konishi,etc.A Novel Pulse-Density-Modulated High-Frequency Inverter for Silent-Discharge-Type Ozonizer[J].IEEE transactionson industry applications,2002,38(2):369-378.

[3] 邱關(guān)源.電路(第四版)[M].北京:高等教育出版社,1999,190-218.

[4] 張素榮.基于DSP的高頻感應(yīng)加熱電源控制系統(tǒng)的研究[D].西安:西安理工大學(xué)自動化與信息工程學(xué)院,2004.

[5] 鐘舒陽.基于DSP的數(shù)字化中頻感應(yīng)加熱電源仿真研究[J].制造業(yè)自動化,2011,(1)下:144-146.

[6] 許哲雄.SPWM逆變器死區(qū)效應(yīng)分析[J].計(jì)算機(jī)仿真,2002,14.

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

李紅京(1972-),男,河北邯鄲人,工程師,主要從事電氣工程技術(shù)開發(fā)研究.