基于模糊控制的苜蓿太阳能干燥控制系统的研究

【摘要】：大力发展牧草产业,能够解决我国蛋白质饲料短缺问题。紫花苜蓿作为“牧草之王”高产、优质,由于其含有较多的胶体物质以及少量的碳水化合物,从而不易青贮,所以必须将其含水率在较短时间内降至安全水分,才能有利于苜蓿的品质。 太阳能干燥是一个非线性、时变性的过程,所以很难建立一个精确数学模型。从经典控制理论到现代控制理论,它们都是建立在系统的精确数学模型基础之上的。相比而言,在太阳能干燥控制系统中,引入智能控制理论中的模糊控制算法,成为最佳选择。本论文在分析太阳能干燥过程中,各影响因素的变化规律及执行元件的相关性基础上,选择干燥箱内实际温度与设定温度的偏差、偏差变化率作为输入变量,电机转速变量作为输出变量。将温度的偏差、偏差变化率的精确量转化为模糊输入量,转速的精确量转化为模糊输出量,由手动控制策略上升为模糊控制规则,求出输出控制模糊集合,经解模糊得出输出控制精确量,作用于被控对象。 硬件部分预先设定干燥箱的温度上限值为60℃、湿度下限值为14%RH。干燥箱内的温、湿度由数字温湿度传感器SHT10测得。LCD1602用于实时显示干燥箱内的温、湿度。温、湿度传感器在采集到温、湿度信号后,将此温、湿度信号发送到单片机。单片机将干燥箱内实际值与设定值进行比较,将此比较结果送入模糊控制器,进行算法处理,单片机通过驱动电路分别控制鼓风机、抽风机、蜂鸣器的起停,从而实现对干燥过程的自动控制。 软件部分设计包括1个主程序,5个子程序,其中主要子程序有模糊控制子程序、温湿度测量与计算子程序、显示子程序、按键子程序、报警子程序等。 最后,选择MATLAB和其仿真工具箱Simulink对本设计系统进行计算机仿真并模拟出系统实际输出情况。结果显示,设计的模糊控制器具有响应速度快、稳定时间长、超调量小等优点,能够实现干燥过程的自动控制。 【关键词】：干燥 模糊控制 单片机 MATLAB仿真
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP273.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 1 引言10-12
• 1.1 太阳能干燥装置及其控制系统的国内外研究现状10-11
• 1.1.1 国外太阳能干燥装置及其控制系统的研究现状10
• 1.1.2 国内太阳能干燥装置及其控制系统的研究现状10-11
• 1.2 太阳能干燥控制研究目前存在的主要问题11
• 1.3 选题的目的和意义11
• 1.4 研究的内容及方案11-12
• 2 太阳能干燥概述及其控制方式12-18
• 2.1 太阳能干燥概述12-13
• 2.1.1 太阳能干燥装置的组成12
• 2.1.2 太阳能干燥系统的工作原理12-13
• 2.2 模糊控制器的设计13-18
• 2.2.1 输入变量的模糊化13-15
• 2.2.1.1 温度偏差、偏差变化率的基本论域、量化因子、量化表13-14
• 2.2.1.2 温度偏差、偏差变化率的隶属函数及其语言变量的赋值表14-15
• 2.2.2 输出变量的模糊化15-16
• 2.2.2.1 转速变量的基本论域、比例因子、量化表15-16
• 2.2.2.2 转速变量的隶属函数及其语言变量的赋值表16
• 2.2.3 模糊规则的设计16-17
• 2.2.4 模糊推理方法17
• 2.2.5 输出信息的解模糊17-18
• 3 太阳能干燥过程控制系统硬件系统设计18-27
• 3.1 硬件系统设计18-19
• 3.2 控制核心模块19-20
• 3.3 数据采集处理模块20-22
• 3.3.1 温湿度传感器20-22
• 3.3.2 数据选择器22
• 3.4 显示、按键和报警模块22-24
• 3.5 执行驱动机构模块24-26
• 3.5.1 光电隔离24-25
• 3.5.2 继电器25-26
• 3.5.3 变频器26
• 3.6 系统硬件图26-27
• 4 太阳能干燥过程控制系统软件系统设计27-30
• 4.1 软件系统设计27
• 4.2 主程序27-28
• 4.3 子程序28-30
• 4.3.1 模糊控制子程序28-30
• 4.3.1.1 直接查表法型模糊控制28-29
• 4.3.1.2 模糊控制表的存储29-30
• 4.3.2 温湿度检测子程序30
• 4.3.3 按键子程序30
• 4.3.4 显示子程序30
• 4.3.5 报警子程序30
• 5 模糊控制器的计算机MATLAB仿真30-36
• 5.1 计算机仿真30-31
• 5.2 MATLAB模糊逻辑工具箱仿真31-35
• 5.3 模糊逻辑工具箱与Simul ink的混合仿真35-36
• 6 结论与展望36-38
• 6.1 结论36-37
• 6.2 展望37-38
• 致谢38-39
• 参考文献39-41
• 附录41-43
• 作者简介43

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