智能配肥装置称重系统的设计与试验研究

发布时间：2017-05-13 20:02

  本文关键词：智能配肥装置称重系统的设计与试验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本研究综合运用CAD技术、PLC控制技术、传感器信号采集与处理技术、模糊控制理论与技术,设计了可实现最多4种肥料单独称重、同时配肥的智能配肥装置称重系统。结合模糊PID控制理论,设计开发了称重系统的模糊PID控制器,并运用Matlab SIMULINK工具箱搭建仿真平台,对模糊PID控制器与PID控制器进行对比仿真。通过对称重传感器标定试验,降低因称重传感器自身误差引起的配肥误差,并通过整机误差试验,对系统控制精度进行研究。主要研究内容包括:1、针对我国配肥机械所存在的效率低、误差大的问题,提出了一种新的称重方式——间接称重,并提出了以PLC为主控制器的称重控制系统的设计方案。主要创新点在于4个原料储料仓能独立加料、单独称重、同时配肥、单独控制。该智能配肥装置不仅能按照不同的配料配比进行称重配肥,而且累计误差小,精度高,工效高。2、应用模糊控制理论与技术,设计了称重系统的模糊PID控制器,完成了对控制器各参数的选择与定义。应用Matlab模糊逻辑工具箱、SIMULINK工具箱,完成了称重系统的模糊PID控制器的建模与仿真。针对模糊PID控制和PID控制分别进行仿真,分析结果可知,模糊PID控制系统响应速度快,精度高,超调量小。3、开展称重传感器误差标定试验和整机误差试验。在称重传感器误差标定试验中,分别测定在加载/卸载标准砝码时,称重传感器的测量信号值与标准砝码质量值之间的误差。整机共选用12个称重传感器,共12路称重传感器信号。对不同量程和不同精度的称重传感器分别进行测试,每组试验重复3次。通过试验获得相应称重传感器的标定系数和最大误差值,传感器最大误差在0.47%左右,标定系数在0.998左右。在整机误差测定试验中,以配肥总质量和配肥种类为变量,测定了不同配肥总质量、不同配肥种类时整机的误差。该实验对比了传统PLC控制的样机与有模糊PID控制器的PLC控制样机的配肥精度,分析数据可知后者整体配肥精度大幅度提高,整体误差维持在1.85%。
【关键词】：测土配方施肥 智能配肥装置 称重系统 PLC控制 模糊PID控制 Matlab
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TH715.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 引言10
• 1.2 课题来源与研究意义10-11
• 1.2.1 课题来源10
• 1.2.2 课题研究意义10-11
• 1.3 国内外发展现状11-14
• 1.3.1 测土配方施肥技术的国内外发展现状11-13
• 1.3.2 配肥机的国内外发展现状13-14
• 1.4 课题研究的主要内容14
• 1.5 本章小结14-15
• 第2章 称重系统的设计15-32
• 2.1 智能配肥装置的总体设计15-19
• 2.1.1 整机技术要求15
• 2.1.2 结构形式的选择15-16
• 2.1.3 称重方式的选择16
• 2.1.4 机械结构的组成16-18
• 2.1.5 控制系统整体设计18-19
• 2.2 称重系统机械结构设计19-21
• 2.2.1 原料储料仓结构尺寸的确定19-20
• 2.2.2 整体结构20-21
• 2.3 称重控制系统硬件设计21-27
• 2.3.1 PLC选型21-22
• 2.3.2 模数转换模块的选型22-23
• 2.3.3 称重传感器的选型23-25
• 2.3.4 步进电机的选型25-26
• 2.3.5 步进电机适配驱动器选型26-27
• 2.4 系统软件部分的设计27-30
• 2.4.1 设计主要内容介绍27
• 2.4.2 PLC输入输出端口分配和内存分配情况27-28
• 2.4.3 程序控制过程介绍28-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第3章 称重系统的模糊PID控制器设计与仿真32-52
• 3.1 模糊控制基本理论32-37
• 3.1.1 模糊控制基本概念32-35
• 3.1.2 模糊控制器工作原理35-37
• 3.1.3 模糊控制器的优缺点37
• 3.2 模糊PID控制器37-39
• 3.2.1 模糊PID控制器的基本形式37-38
• 3.2.2 模糊PID控制器设计步骤38-39
• 3.3 称重系统模糊PID控制器的设计39-46
• 3.3.1 输入输出变量39-40
• 3.3.2 隶属函数40-41
• 3.3.3 模糊规则表41-44
• 3.3.4 模糊控制表44-45
• 3.3.5 参数自整定算法45-46
• 3.4 称重系统模糊PID控制器的仿真46-51
• 3.4.1 基于Matlab的模糊PID控制模块的建立46-49
• 3.4.2 基于SIMULINK的系统仿真模型的建立49-50
• 3.4.3 模糊PID算法仿真50-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 称重系统试验研究52-59
• 4.1 称重传感器标定试验52-54
• 4.1.1 材料与方法52-53
• 4.1.2 数据处理与分析53-54
• 4.2 实际称重误差试验54-58
• 4.2.1 材料与方法54-56
• 4.2.2 数据处理与分析56-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第5章 总结与展望59-61
• 5.1 主要研究结论59-60
• 5.2 进一步研究建议60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 附录 1：攻读硕士研究生期间研究成果66
• 附录 2：称重传感器标定试验数据66-72

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