模糊控制在动态称重包装机中的研究应用

摘要

现代工业生产中，动态定量称重技术被广泛应用于颗粒状物料生产线包装机中。定量称重是一个动态过程，不仅要求一定的计量精度，还要求一定的计量速度。快速性和准确性都是同等重要的指标。传统的人工包装无法满足上述要求，只能通过动态称重实现。动态称重是当称体与被测对象未达到平衡状态时，在过渡过程中对物体进行计量。动态称重系统虽然应用广泛，但普遍存在精度不高的问题，称重速度和计量精度是动态称重系统的主要矛盾。影响称重精度和速度的因素较多。为了使包装过程既速度快又精度高，采用智能控制理论中的模糊控制对其加料过程进行控制，同时改善了控制系统的稳定性和可控性。 本论文从三方面着手整体考虑了动态称重控制器的解决方案： 一方面，对动态称重的特性进行了分析，采用二级控制。第一级，粗放料保证称重速度；第二级，细放料保证称重精度。从而有效的协调了速度与精度的关系。 另一方面，对控制策略进行了分析。由于影响动态称重精度的因素有很多，如：称重测量系统的欠阻尼震荡；物料下落的冲击力；测量的空中物料带来的落差误差等。运用模糊控制理论，提出了带有自调整因子的模糊控制器在称重系统中的应用方案。 最后，运用FPGA技术实现应用于动态称重的模糊控制器。 本课题的目的是采用Altera公司的FPGA芯片，研制一个应用于动态称重控制的模糊控制器。它基于CycloneⅡ系列的EP2C8 FPGA芯片。CycloneⅡ系列的芯片具有用户定义的功能、领先的性能、低功耗、高密度以及低成本等优势，具有多达68416个逻辑单元（LE）和1.1MB的嵌入式存储器。本文对动态称重过程和模糊控制理论进行了较为深入的研究，建立了应用于动态称重的模糊控制模型，从而有效地提高了称重精度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2动态称重的研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3基于FPGA的模糊控制器的前景和本课题研究内容

1.4课题主要完成的工作及论文内容安排

第2章模糊控制理论在动态称重系统中的研究

2.1动态称重系统

2.1.1动态称重控制器的工作过程

2.1.2动态称重中的控制问题

2.1.3定量控制

2.2模糊控制理论

2.2.1模糊控制理论的发展

2.2.2模糊控制的特点

2.2.3模糊集合的基本概念和隶属函数

2.2.4模糊关系

2.2.5模糊逻辑

2.2.6模糊语言

2.2.7模糊语句

2.2.8模糊推理

2.2.9精确化过程

2.3模糊控制系统的构成

2.4本章小结

第3章FPGA技术简介

3.1 FPGA技术介绍

3.1.1传统的硬件电路设计方法

3.1.2 FPGA技术介绍

3.1.3 FPGA的设计流程

3.1.4 FPGA的可重复配置特性

3.1.5 FPGA设计指导原则

3.2 Verilog HDL硬件描述语言介绍

3.3基于FPGA模糊控制器的意义

3.4本章小结

第4章模糊控制器的FPGA实现

4.1模糊控制在动态称重系统中的应用

4.1.1称重模糊控制器

4.1.2带多个调整因子模糊控制器的实现

4.2模糊控制器的设计流程

4.3模糊控制器的核心

4.4数据采集的实现

4.5模糊化模块过程

4.5.1隶属函数的选择

4.5.2模糊化模块

4.5.3模糊推理

4.5.4清晰化模块

4.6本章小结

第5章测试实验与分析

5.1实验装置

5.2稳定性实验

5.3现场测试

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢