基于FUZZY-PID的微波加热智能控制系统

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微波加热是微波能应用的一门新技术,由于微波具有特有的内热效应,可以实现对物质的内部分子直接加热,克服物料的“冷中心”,实现均匀、快速地加热,节能环保,且易于自动控制,因此微波加热技术现已广泛的应用于工业、农业以及医疗卫生等诸多领域。随着微波能加热技术应用的不断发展,微波输出功率的精度测量和智能化控制成为微波技术拓宽应用的关键技术,通过对加热物料温度的监测并反馈送给核心处理器计算出控制量来实现微波输出功率大小的控制是目前微波加热控制最流行可靠的控制方法。因此温度控制的效果直接影响到整个系统的控制精度,本文针对微波加热的特点以及温度控制具有的非线性、时变性、滞后性等特点,难以建立精确的数学模型,采用自适应FUZZY-PID的控制算法,以被加热物料的温度为监测对象设计了一套频率为2450MHZ的微波加热温度的智能控制系统。该系统以工业微波加热器为控制对象,采用STC12C5A60S2单片机为核心处理器,结合自适应FUZZY-PID算法设计了一套能够实时监测温度和调节微波输出功率的控制系统,通过单片机实现串级FUZZY-PID算法构成智能控制系统的核心部分,单片机的硬件定时器产生延时控制脉冲信号作用于双向可控硅,精确控制其导通时间和PWM脉冲宽度,辅以外围电路通过对温度的实时监测并反馈给控制器来实现智能控制磁控管阳极的初级电压的有效值,从而通过控制磁控管的阳极高压来改变微波输出功率,进而实现对被加热物质的温度的调节;其实质上是一个温度闭环反馈控制系统,温度传感器置于微波场中监测被加热物料的温度情况,通过监测被加热物料温度的变化并送给核心处理器,结合自适应FUZZY-PID算法计算出控制参数量,控制参数量作用于微波的产生系统调节微波的输出功率的大小。整个系统的稳定性好,控制精确、效率高,有效克服了传统PID算法超调量大,参数调整复杂的缺点,既利用了模糊控制无需建立精确数学模型的优点克服了系统中存在的非线性问题,又利用PID算法克服了在偏差趋于零时,模糊控制可能产生的震荡和稳态误差。二者有机结合非常适用于完成被加热物质的温度与微波辐射功率关系复杂的微波加热系统的智能控制,现已广泛应用于工业生产中。
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