凍干機(jī)溫度控制系統(tǒng)的算法

          真空冷凍干燥法是目前*干燥技術(shù)之一。物品在冷凍和真空狀態(tài)下進(jìn)行干燥,能避免制品氧化變性、變形或失去活力,復(fù)水后能很好的保持原料原有的色澤和味道,營(yíng)養(yǎng)成分損失很小。由于凍干設(shè)備投資大,工藝周期長(zhǎng)、能耗大等缺點(diǎn),制約了凍干技術(shù)的大規(guī)模使用。但由于凍干后產(chǎn)品重量減輕,能長(zhǎng)期貯存,運(yùn)輸費(fèi)用減少,目前,在對(duì)藥品、生物制品、貴重食品和一些高科技產(chǎn)品生產(chǎn)加工中,凍干技術(shù)有著不可替代的作用。 凍干機(jī)是由制冷系統(tǒng)、熱補(bǔ)償系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)等幾部分組成,各部分除了需要滿足需求外,還要密切配合。其中擱板溫度控制是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵,采用循環(huán)熱媒的方式實(shí)現(xiàn)熱交換,有明顯的滯后特性。凍干機(jī)溫度控制系統(tǒng)作為一個(gè)一階慣性大滯后系統(tǒng),運(yùn)行過(guò)程中干擾因素較多,工藝復(fù)雜,凍干產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)工藝要求較高。傳統(tǒng)PID控制方法對(duì)大滯后系統(tǒng)控制時(shí),由于在τ遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1時(shí),Pade近似逼近效果不理想,在延遲階段產(chǎn)生很大的震蕩,會(huì)使擱板溫度產(chǎn)生較大的波動(dòng),過(guò)大的波動(dòng)會(huì)破壞凍干產(chǎn)品的成分,不能滿足凍干產(chǎn)品對(duì)質(zhì)量的高要求。本文針對(duì)凍干機(jī)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究,提出一種對(duì)Laguerre級(jí)數(shù)采用雙線性變換的改進(jìn)算法,Laguerre算法能在有限的階次內(nèi)很好地逼近e-τs,實(shí)現(xiàn)凍干機(jī)溫控系統(tǒng)大滯后的控制。通過(guò)仿真對(duì)比可以看出,在凍干機(jī)溫度的預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)中,采用改進(jìn)Laguerre算法能夠使系統(tǒng)階躍響應(yīng)震蕩限制在20%以內(nèi)。有效避免PID算法中采用Pade近似造成的震蕩。 控制系統(tǒng)硬件采用DSP320F2812系統(tǒng)為控制核心,設(shè)計(jì)了恒流源鉑電阻溫度傳感器,使用DSP內(nèi)部集成的ADC對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)采樣,經(jīng)平滑預(yù)處理后作為算法的輸入,通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)Laguerre算法在DSP上運(yùn)行。通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路完成對(duì)制冷機(jī)、循環(huán)泵和各個(gè)閥門等的控制,利用編程實(shí)現(xiàn)預(yù)凍、抽真空、除霜、信號(hào)采集和算法控制等,提高了凍干機(jī)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。