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随着人们对果蔬营养保鲜要求的提高,对冷库及制冷设备控制水平的要求也不断提高。自动控制技术经历了几十年的发展与完善,在工业控制领域中得到了广泛的应用。将自动控制技术应用于冷库,实现冷库的自动控制与管理是冷库自动化发展的目标。然而我国冷库自动控制水平较低,这不仅使冷库成为耗能大户而且严重影响果蔬产品的储藏质量。为了提高冷库自动控制水平,设计了一种基于嵌入式技术的冷库温度控制系统。
冷库温度控制系统以库温为控制参数,以电子膨胀阀为主要控制对象。系统硬件设计以ARM7嵌入式处理器LPC2103为控制核心,选用数字温度传感器DS18820采集温度信息,由多功能矩阵键盘和12864液晶显示模块组成人机交互接口,由光电隔离电路和双向可控硅构成执行机构。采用Proteus软件设计了系统硬件原理图和PCB图。此外,在系统硬件设计中还增加了JATG接口电路的设计,为系统硬件仿真提供了便利。系统软件采用ARM专用开发软件ADS1.2为开发平台,以C语言为开发工具,结合模块化程序设计思想,设计了系统功能模块程序,实现了系统配置、数据采集、操作指令及数据输入、智能控制、状态显示等功能。
PID控制作为经典的控制算法,其控制过程简单、技术成熟、参数整定方法完善,在工业控制的诸多领域得到了广泛的应用,并取得了良好的控制效果。然而冷库温度控制系统是典型的非线性大时滞系统,传统的控制技术通常很难达到理想的控制效果,同时冷库制冷系统中的质量和能量传递过程非常复杂,很难找到精确的数学模型。模糊控制不需要对被控对象建立精确的数学模型,调节快速、使用方便,具有较好的稳定性、可靠性和鲁棒性,这些优点可以解决冷库控制中的难题。此外,模糊PID控制算法具有节省建立被控对象模型的时间、易于整定控制参数、调节迅速、对控制参数在线自整定等优点。因此,系统选用模糊PID控制算法为控制策略。通过对模糊控制和PID控制算法的研究,设计了两输入三输出的模糊PID控制器,并对模糊PID控制器设计中输入输出变量模糊化、模糊控制规则的制定、模糊推理过程以及输出变量去模糊化进行了详细的介绍。
最后利用Matlab软件分别对常规PID控制算法和模糊PID控制算法进行了仿真。仿真结果表明,模糊PID控制实现了对PID控制参数的在线自整定,提高了系统响应速度,增强了系统工作的稳定性和可靠性,满足了冷库温度控制系统的要求。