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基于ARM及PID神经元网络的注塑机控制器设计与研究

作　者: 赖武军
导　师: 周克良
学　校: 江西理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 注塑机 ARM PID神经元网络控制自动调模料筒温度
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

现代注塑机的发展重点在于提高控制水平和整机自动化程度,以及整机优化设计和加工工艺的改进方面,以满足对于注塑制品质量及节能的要求。随着自动化技术、计算机技术和电子技术的发展,注塑机行业得到了飞速的发展,同时,注塑机控制技术亦成为该领域中的一个研究热点。注塑机控制器是注塑机的心脏,它控制着注塑机的各种过程动作,实现对温度、时间、位置、压力和流量等进行有效的控制与调节。注塑机控制器主要由各种继电器元件、各种电子元件、各种检测元件及自动化仪表所组成,它同液压系统紧密结合,共同实现对注塑机工艺过程的精确与稳定控制。论文在对注塑机电控系统进行详细分析的基础上,提出了利用PID神经元网络控制算法对塑机料筒温度进行控制的方法,并对该方法进行了仿真分析,接着阐述了基于ARM处理器LPC2138的注塑机控制器的软硬件设计,最后对系统的运行调试方法进行了介绍。注塑机料筒加热系统是一个具有大惯性、大迟延和时变特性的复杂控制对象,常规的串级PID控制系统很难取得较好的调节品质,而使用基于PID神经元网络的料筒温度控制策略可以获得很好的控制效果。仿真结果表明,与传统PID控制相比,PID神经元网络控制不仅改善了系统的动态性能,而且在一定程度上也克服了热工对象的时变性对控制效果的影响。针对注塑机的特点及实际控制要求,控制器的硬件总体设计方案采用了双ARM处理器的主——从结构方式,该方案可以实现对任务的合理分配,从而保证工艺过程控制更加实时、精确、可靠。主机部分主要包括键盘输入电路和液晶显示电路;从机主要包括温度检测电路、位移量输入检测电路以及比例阀输出控制电路等。键盘输入电路采用了专用的键盘管理器件ZLG7290,液晶显示选用了320×240的点阵式液晶模块。温度检测电路中采用仪表放大器AD620对热电偶信号进行放大,并通过V/F器件LM331实现模数转换。位移检测电路采用了带有串行接口的模数转换芯片ADS7844,而比例阀输出控制电路的数模转换芯片选用了TLC5620C。在软件设计部分,首先详细介绍IAP技术、分散加载技术和中断嵌套技术等ARM软件设计技术,在此基础上给出了各硬件接口的程序设计流程,其中重点阐述了自动调模的实现方法、PID神经元网络温度控制的程序设计以及RS232串行通讯协议及其程序设计。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-8
第一章引言  8-17
  1.1 课题背景及研究意义  8-9
  1.2 注塑机控制技术的发展现状及趋势  9-12
  1.3 注塑机电控系统分析  12-15
    1.3.1 电动机控制部分  12
    1.3.2 动作过程控制部分  12-13
    1.3.3 温度控制部分  13-14
    1.3.4 速度与压力控制部分  14-15
  1.4 本课题完成的任务  15
  1.5 关键技术分析  15-17
第二章料筒温度的神经网络控制  17-30
  2.1 料筒温控的特性及方式  17-18
  2.2 神经网络的结构选择  18-21
    2.2.1 神经网络与PID 控制的结合方式  19-20
    2.2.2 PID 神经元网络的结构及特点  20-21
  2.3 料筒神经网络控制器的结构及算法  21-28
    2.3.1 PID 神经元网络控制器结构  21-22
    2.3.2 PID 神经元网络学习算法  22-26
    2.3.3 PID 神经元网络权值选取  26-28
  2.4 料筒神经网络控制器仿真分析  28-29
    2.4.1 料筒加热系统的传递函数  28
    2.4.2 温控系统仿真分析  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章控制系统硬件设计  30-51
  3.1 系统硬件总体设计方案  30-31
  3.2 主机硬件电路设计  31-39
    3.2.1 主机总体结构设计  31-32
    3.2.2 电源电路设计  32-35
    3.2.3 复位电路设计  35
    3.2.4 键盘接口电路设计  35-36
    3.2.5 实时时钟接口电路设计  36-37
    3.2.6 液晶显示模块接口电路设计  37-38
    3.2.7 串行接口设计  38-39
  3.3 从机硬件电路设计  39-50
    3.3.1 从机总体结构设计  39
    3.3.2 电源电路设计  39-41
    3.3.3 数字量输入接口设计  41-42
    3.3.4 数字量输出接口设计  42-43
    3.3.5 位移检测接口设计  43-45
    3.3.6 比例阀控制接口设计  45-47
    3.3.7 电机启停控制电路设计  47
    3.3.8 温控电路接口设计  47-50
  3.4 本章小结  50-51
第四章系统软件设计  51-80
  4.1 软件总体设计框架  51-52
  4.2 ARM 软件设计技术应用  52-57
    4.2.1 在应用编程（IAP）技术  52-54
    4.2.2 ADS1.2 分散加载技术  54-55
    4.2.3 ARM 中断嵌套技术  55-57
  4.3 主机程序流程设计  57-63
    4.3.1 主程序流程设计  57
    4.3.2 键盘处理程序设计  57-60
    4.3.3 液晶显示程序设计  60-62
    4.3.4 实时时钟接口程序设计  62-63
  4.4 从机程序流程设计  63-73
    4.4.1 主程序流程设计  63-65
    4.4.2 位移检测程序设计  65-67
    4.4.3 比例阀控制程序设计  67-68
    4.4.4 自动清料程序设计  68-70
    4.4.5 自动调模程序设计  70-71
    4.4.6 温度的PID 神经元网络控制程序设计  71-73
  4.5 通讯程序设计  73-79
    4.5.1 通讯协议设计  73-77
    4.5.2 串行通讯程序设计  77-79
  4.6 本章小结  79-80
第五章系统运行与调试  80-86
  5.1 系统运行及操作说明  80
  5.2 注射参数的确定  80-82
  5.3 温控功能的测试  82-83
  5.4 自动警报的实现  83-85
  5.5 本章小结  85-86
第六章结束语  86-88
  6.1 课题总结  86
  6.2 课题展望  86-88
参考文献  88-91
致谢  91-92
附录A 控制器实物图  92-93
附录B 控制器部分参数设定界面  93-95
附录C 控制器部分程序代码  95-105
个人简历在学期间发表的学术论文与研究成果  105

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