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粉碎机智能负荷控制系统设计
发布时间：2013-10-04 08:33 来源：未知
引言
超微粉碎作业过程中，粉碎效率、单位能耗与粉碎机驱动电机的工况有关。驱动电机超负荷工作能增加粉碎产量，却伴随电机发热、机件损坏加剧、粉料温升大、粉碎质量下降等不良效果；驱动电机轻载条件下工作，粉碎质量会有所提高，但存在产量减少、单位能耗增大、经济效益下降等缺点。驱动电机的最佳工况能使粉碎加工获得良好的作业质量和经济效益。粉碎作业的负荷控制传统上以人工调控喂料量来调节驱动电机工况，这种方法存在反应迟钝、操作精度低、劳动强度大等问题�？⒎鬯榛悄芨汉煽刂葡低呈欠鬯樽饕档钠惹行枨�，要求控制系统应能根据驱动电机的实际负荷与额定负荷的差异情况，自动调节粉碎机喂料量，使驱动电机负荷与额定负荷一致，实现粉碎机经济、高效、安全地运行。
1、智能负荷控制系统的算法方案选择
当前工控领域中流行的控制算法很多，各种算法各有自己的长处和不足，以下就对几种常用算法进行比较，并根据智能负荷控制系统的特点，确定其中一种算法。
1.1脉宽调制（PWM）控制
脉宽调制广泛应用于可控硅功率输出控制和直流转速驱动控制，其原理是通过调节控制脉冲的占空比来调节输出功率或者直流电机转速，由于行业中喂料系统大量使用变频调速，因此不利于使用脉宽调制的控制模式。
1.2模糊控制
模糊控制是一种基于语言型的控制规则，根据系统开发人员的控制经验或相关专家的知识，设计中无需建立被控对象的精确数学模型，其控制机理和策略易于接受与理解。模糊控制对数学模型难以获取、动态特性不易掌握或变化显著的对象适用，适用于多输入、多输出的复杂系统。一个模糊控制系统的性能取决于模糊控制器的结构、所受用的模糊规则、合成护理算法以及模糊决策的方法等因素。
1.3 PID控制
PID控制器是一种线性控制器。它根据给定值与实际输出值的偏差写成传递函数实现对系统的控制，所以PID控制器的参数整定必须针对某一模型已知、系统参数已知的系统。在工程实际应用中，PID控制器因其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等优点而成为工业控制的主要技术之一。
智能负荷控制系统是针对粉碎机负荷控制设计，控制对象是交流变频调速控制器，被控对象的结构和参数均属已知。模糊控制器虽有很强的自适应能力，但其结构复杂，数据庞大，不易实现。综上所述，控制算法方案选择PID控制。
2、智能负荷控制系统的设计
2.1系统的总体设计
驱动电机的负荷会随着原始料性（黏性或干性）或喂料量的不同而发生改变，如前所述，人工负荷调控是采用手工控制粉碎机喂料量来控制驱动电机的负荷。参照人工调控模式，智能负荷控制模型是：驱动电机负荷偏大时，减少物料喂人量一驱动电机负荷下降；负荷过小，则加大物料喂入量一驱动电机负荷增加。智能控制系统通过采集驱动电机的实时负荷，与设定负荷进行比较，判断驱动电机的工作状态，运用PID控制算法的结果自动调节物料喂入量，实现驱动电机负荷的自动调节。根据这一功能要求，系统应包含显示、存储、数据输入、负荷采样、输出控制等功能�？�，最终确定系统结构如图l所示。
2.2系统硬件设计
系统总体设计将系统硬件规划为5大�？�，硬件设计以经济和可靠为原则，选择常用芯片完成硬件设计，具体包含：CPU、A/D采样模块、参数设置及存储模块、D/A变频器控制�？�、键盘和显示模块。
2.2.1A/D采样�？�
利用互感器采集粉碎机驱动电机三相电流的变化，并将其转化为0—5V的直流电平变化，通过A/D转换芯片模数转换后，为CPU提供驱电机负荷变化的判别运算依据，同时实现负荷的在线显示。本系统选用8通道8位芯片AD0809，价格低廉、性能可靠。
2.2.2参数设置及存储�？�
在系统调试和参数设置过程中，需修改和保存所设置参数且掉电时数据不丢失，选择X5045芯片，有4kbit的EEPROM，电可改写和掉电数据不丢失，满足额定负载值及PID算法中的Kp、Ti和TD参数的存储要求，同时还有上电复位和看门狗的功能。
2.2.3D/A输出变频器控制�？�
选择D/A转换来实现变频器电压转速控制模式，D/A�？槭涑龅缙降谋浠�，变频器的转速输出也相应变化。为符合电压匹配、位数精度足够的要求，选用12位AD558数模转换芯片，其工作及输出电压可以达到16V以上，满足变频器0~10V范围的控制电压要求。
