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片状农业物料滚筒干燥控制系统研究

作　者: 寇光涛
导　师: 戈振扬
学　校: 昆明理工大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: 滚筒干燥模糊控制单片机控制系统仿真
分类号: S226.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

农业物料干燥是农业生产,特别是农产品加工过程中的重要环节。不同的农业物料干燥工艺要求各异,良好的干燥质量获得都是建立在对干燥过程的准确控制基础上,因此实现农业物料干燥机的过程控制对减少物料损失,提高农业物料干燥技术水平,充分发挥物料干燥机的生产能力,具有十分重要的意义。在众多的干燥方式及其装备中,滚筒干燥因其具有热效率高、干燥时间短、干燥均匀、干燥物料产品质量良好等优点,所以在实际生产中已有广泛的应用。但现有的滚筒干燥,一般多用于如矿沙、化工原料和谷物等颗粒状物料的干燥,对于如植物切片、叶片和花瓣等片状农业物料的干燥,采用滚筒干燥方式还较为鲜见。滚筒干燥机的结构虽然比较简单,但烘干过程是非线性、时变性、变结构、多变量的。它不仅与物料特性、介质参数、干燥工艺有重要关系,而且还是一个集生物、化学、热力学、机械学等多学科交叉的加工技术。对于某些干燥要求不仅是去除农业物料中的水分保留它的营养成分,更重要的还要求保持物料原有的色香味。传统的控制方法在许多方面都难以达到理想的控制效果。本研究课题依托科技部科技型中小企业技术创新基金项目——云南鲜花精油、色素分离纯化技术集成(08C26215302346),以玫瑰花等植物花瓣为研究对象,针对片状农业物料干燥工艺的特点,将计算机、模糊控制等技术综合应用到滚筒干燥机自动控制系统中,并进行了实验设计与研究。结果表明,自行设计的基于模糊控制算法的完全组分利用片状农业物料滚筒干燥机不仅能够实现物料的干燥,获得目标固形物,而且能够回收物料中的含有宝贵芳香活性物质的液体(花水、精油等)。本研究的主要内容和结果有以下几个方面：首先,分析农业物料干燥控制技术国内外研究现状,选取有代表性的片状农业物料进行实验干燥,回收片状物料中含有的液体,总结影响片状农业物料滚筒干燥过程的相关因素,制定研究路线；其次,针对滚筒干燥机在设计、制作过程中存在的问题进行装置地多次改进,通过理论、实践结合实现影响干燥过程因素地简化,并设计完成了基于单片机的片状农业物料滚筒干燥模糊控制器,其选择滚筒内部湿度偏差与偏差变化为输入,热风温度为输出,建立模糊控制规则,求出模糊控制表,采用查表法实现模糊控制算法;再次,下位机系统不仅实现滚筒干燥相关参数的采集、滤波、信息传输等,而且能接收基于模糊控制算法的控制量,对控制系统各参数实施智能调控,选用VB6.0设计的上位机监控系统,能够实时完成对所接收数据信息的显示、存储、查询、监控等功能；最后,采用MATLAB7.0实现滚筒干燥机控制系统建模仿真,并完成实验验证,结果表明模糊控制满足片状农业物料滚筒干燥机控制要求,从某种程度上说比PLC控制的PID热风控制系统具有更加优越的性能指标,能够为从事该方面研究的工作人员提供一定的借鉴经验。

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摘要 4-6Abstract 6-11第一章绪论 11-19 1.1 研究背景及意义 11-12 1.2 农业物料干燥与控制技术研究现状 12-16 1.2.1 农业物料干燥技术方面 12-13 1.2.2 农业物料干燥控制方面 13-14 1.2.3 农业物料滚筒干燥方面 14 1.2.4 片状农业物料干燥方面 14-16 1.3 论文主要研究的内容及技术路线 16-19第二章片状农业物料滚筒干燥技术概述 19-29 2.1 片状农业物料干燥工艺 19-21 2.1.1 片状农业物料干燥特性分析 19-20 2.1.2 玫瑰花瓣干燥工艺设计 20-21 2.2 完全组分利用滚筒干燥机改进设计 21-24 2.2.1 完全组分利用滚筒干燥机介绍 21-22 2.2.2 完全组分利用滚筒干燥机存在问题 22-23 2.2.3 完全组分利用滚筒干燥机改进设计 23-24 2.3 完全组分利用滚筒干燥原理 24-28 2.3.1 影响干燥的因素 24-25 2.3.2 排潮对干燥结果的影响 25-26 2.3.3 滚筒回转速度的确定 26-28 2.4 本章小结 28-29第三章滚筒干燥的模糊控制系统设计 29-37 3.1 模糊控制理论概述 29-30 3.1.1 模糊控制原理 29-30 3.1.2 模糊控制算法 30 3.2 片状农业物料滚筒干燥模糊控制器设计 30-35 3.2.1 模糊控制器结构设计 31-32 3.2.2 确定模糊变量赋值表 32-33 3.2.3 模糊控制规则的建立 33-34 3.2.4 模糊控制规则表的建立 34-35 3.2.5 模糊控制表在单片机中的存储 35 3.3 本章小结 35-37第四章滚筒干燥控制系统的硬件设计 37-47 4.1 控制系统总体硬件结构 37 4.2 基于单片机的检测与控制硬件电路设计 37-45 4.2.1 基于单片机的控制系统设计 38-39 4.2.2 系统后向通道电路设计 39-42 4.2.3 测量仪器的选择 42-45 4.2.4 上位机系统 45 4.3 控制系统抗干扰技术 45-46 4.4 本章小结 46-47第五章滚筒干燥控制系统的软件设计 47-59 5.1 软件实现的功能与构成 47 5.2 系统软件流程图设计 47-53 5.2.1 主程序 47-48 5.2.2 数据采集与滤波模块 48-50 5.2.3 数字测温、湿模块 50-52 5.2.4 模糊控制算法子程序 52-53 5.3 通信及监测管理软件的设计 53-56 5.3.1 监测软件的选取 53-54 5.3.2 串行通信控件 54-55 5.3.3 VB人机界面设计 55-56 5.4 软件系统的抗干扰措施 56 5.5 本章小结 56-59第六章控制系统仿真与实验分析 59-73 6.1 仿真环境简介 59-60 6.2 仿真模型的建立 60-62 6.3 常规模糊控制器的构造 62-64 6.4 仿真结果 64-65 6.5 实验完成内容及系统监测结果 65-67 6.5.1 实验完成内容 65-66 6.5.2 系统实时监测数据分析 66-67 6.6 实验验证与结果分析 67-73 6.6.1 试验目的 67-68 6.6.2 实验装置 68-69 6.6.3 实验过程简述 69 6.6.4 实验结果分析 69-73第七章结论与展望 73-75 7.1 结论 73 7.2 展望 73-75致谢 75-77参考文献 77-83附录A: 本人攻读硕士学位期间发表学术论文、参与项目及获奖情况 83-85附录B: 下位机电子电路图 85-87附录C: 试验图片 87-91附录D: 程序代码 91-92

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