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基于DSP的回转窑控制系统的设计

作　者: 孙玉珠
导　师: 李威宣
学　校: 武汉理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 数字信号处理器(DSP) 预测控制 Matlab工具 CCS开发环境
分类号: TQ172.622
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 105次
引　用: 3次
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内容摘要


回转窑是生产中的大能耗与高污染设备,在水泥的工业生产过程中,燃料如果燃烧不够合理,既会造成能源浪费,又会给环境造成污染,而且,员工工作环境的危险系数较高。因此,对回转窑系统的智能监控成为该行业的研究主题。文章阐述了水泥窑炉的工艺流程,通过分析工业回转窑的生产过程,及回转窑系统的特点,了解测控系统的大体框架,确定回转窑系统的控制参数与测量参数,为以DSP为控制核心的硬件系统的构建、系统模型的建立以及控制算法的应用奠定基础。根据国内外相关技术的应用与发展,设计了基于DSP应用的回转窑控制系统。该系统以TI公司的TMS320LF2407A为控制核心来检测、处理、反馈信号,并通过RS232完成与上位PC机的控制指令与数据的传输,从而实现回转窑系统的预测控制。同时,针对LF2407A芯片的特点,结合系统需求,设计了存储器扩展、电源、通信接口、JTAG接口、复位电路。综合考虑回转窑系统的整体状态,分析其特征,建立系统数学模型,并依据一系列输入输出数据,利用Matlab软件来实现参数辨识,确立了较为准确的参数模型。研究广义预测控制算法,并通过Matlab仿真,应用到建立的参数模型上,验证其控制效果确实不错,用C语言实现了控制算法的编程。算法程序调试主要是通过CCS开发软件实现的,首先连接硬件电路,同时在PC机上配置调试环境,再根据其软件编程步骤,对DSP头文件、中断向量、链接命令等进行编译。文章最后,基于LF2407A开发板对软件部分运行调试,利用探针与断点对算法源代码的运行情况进行观测,并通过数据的输入输出,证实控制算法程序流程的正确性。本文利用Matlab建立了准确的参数模型,并进行预测控制仿真,证实其优越性,是适合回转窑系统的智能控制方法。对硬件电路的考虑,不拘泥于广泛使用的PLC现场控制,从DSP应用角度出发,控制效果与操作速度都得到提高,为回转窑系统的控制提供了有效的参考途径。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-12
  1.1 课题的提出  8-9
  1.2 回转窑控制系统的发展与现状  9-11
  1.3 本论文的工作内容  11-12
第2章 回转窑控制系统总体架构设计  12-19
  2.1 水泥回转窑工艺流程简介  12-15
  2.2 回转窑系统测控参数的设定  15-17
    2.2.1 回转窑系统工艺参数  15-16
    2.2.2 回转窑系统测控参数的设定  16-17
  2.3 总体方案的设计  17-18
  2.4 本章小结  18-19
第3章 回转窑系统控制算法研究  19-37
  3.1 系统建模  19-23
    3.1.1 模型结构的确定  20-21
    3.1.2 MATLAB参数辨识  21-23
  3.2 回转窑系统的预测控制  23-30
    3.2.1 广义预测控制原理概述  24-30
    3.2.2 广义预测控制在回转窑系统中的应用  30
  3.3 控制效果的MATLAB仿真  30-36
    3.3.1 传统PID控制效果  31-33
    3.3.2 广义预测控制仿真  33-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章 回转窑控制系统硬件设计  37-53
  4.1 主控芯片TMS320LF2407A概述  37-40
  4.2 控制系统组成与功能分析  40-42
  4.3 模拟信号处理模块  42-44
    4.3.1 信号调理电路  42-43
    4.3.2 A/D转换电路  43-44
    4.3.3 降噪处理  44
  4.4 电机驱动模块  44-46
  4.5 DSP控制模块  46-52
    4.5.1 存储器扩展电路  46-48
    4.5.2 通信接口电路  48-49
    4.5.3 JTAG接口电路  49
    4.5.4 电源电路  49-50
    4.5.5 时钟电路  50-51
    4.5.6 复位电路  51-52
  4.6 本章小结  52-53
第5章 回转窑控制系统软件设计  53-64
  5.1 DSP开发软件CCS简介  53-54
  5.2 DSP软件编程步骤  54-55
  5.3 基于CCS平台的系统软件设计  55-63
    5.3.1 调试环境配置以及DSP头文件  56-58
    5.3.2 主程序介绍  58-60
    5.3.3 中断向量定义文件  60-62
    5.3.4 链接命令文件  62-63
  5.4 本章小结  63-64
第6章 软件调试  64-69
  6.1 DSP开发板硬件连接  64-65
  6.2 CCS环境下算法程序调试  65-68
  6.3 本章小结  68-69
第7章 总结与展望  69-71
  7.1 全文总结  69
  7.2 展望  69-71
参考文献  71-74
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  74-75
致谢  75-76
附录A 数据样本  76-79

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 水泥工业 > 生产过程与设备 > 烧成工艺 > 回转窑煅烧技术
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