基于ARM+FPGA的真空凍干控制系統設計
加入技術交流群
GSM模塊實現工業現場的無線監測，本地PC可用于遠程控制，網絡PC可擴展為正在興起的網絡控制。嵌入式微處理器的選擇。由于該真空干燥系統要進行大量的數據運算，需要較強的控制能力，需要有較多的USART接口，同時要有ADC轉換功能、LCD觸摸屏、USB口等，在微處理器選擇上，普通的8位、16位單片機已難以勝任，因此32位的嵌入式微處理器是比較好的選擇。本系統選擇INTEL PAX270，是一款基于32位Xscale核心的高性能、工業級的32位RISC微控制器，它具有極低的功耗，LCD控制器(最大支持64K色STN和1256K色TFT)提供1通道LCD專用DMA，8通道10比特ADC和觸摸屏接口，3通道UART(IrDA1．0，16字節TxFIFO，和16字節RX FIFO)／2通道SPI，2端口USB主機／1端口USB設備(1．1版)，PWM通道(4路輸出)，以及多達119個中斷源，這款微控制器特別適合自動化應用，并適用于工業控制、醫療系統、訪問控制和故障維護等應用領域。
FPGA器件的選擇。由于該系統包括了神經網絡的實現，需要大量RAM空間來保存中間參數和查表計算，同時還需要大量的通用I／O接口，用于輸入輸出模塊以及快速響應精確的PWM調制功能，因此用FPGA是比較好的選擇。這里選擇Altera公司推出的低成本Cyclone系列，型號為EP2C20。EP2C20內部有18752i邏輯單元，52個M4K RAM塊，共計239K位RAM，26個嵌入式18*18乘法器，4個鎖相環，資源非常豐富，可滿足系統設計要求。本文引用地址：http://cqxgywz.com/article/191907.htm
2 溫度與真空度控制模型
2．1 恒溫或按某預定溫度曲線的控制模型
溫度控制模型如圖2所示。溫度控制采用神經網絡模糊控制模型，設定值和測定值經過模糊劃分后，同時送入神經模糊控制網絡，生成模糊控制子集，通過轉化器產生。PWM脈寬調制用的頻率值與占空比，然后生成PWM驅動信號，驅動電力電子器件，電源輸出給紅外石英管，對真空箱進行加熱。通過溫度傳感器及調整電路，形成溫度值和溫度變化率，根據溫度值和溫度變化率控制器對輸出頻率和占空比進行調整。
2．2 恒真空度或按某預定真空曲線的控制模型
真空度的控制模型與上述溫度控制模型結構相似，不同的是神經模糊控制網絡的輸出不是直接用于電機的控制驅動，而是把輸出的頻率量轉換成變頻器的遠程控制信號，通過RS485接口控制變頻器的啟動、停止和頻率設置，如圖3所示。
2．3 神經網絡選擇與仿真
根據上述控制模型，比較成熟的BP網絡選擇的控制神經網絡如圖4所示。神經模糊控制器在輸入／輸出參量的選擇，以及模糊論域和模糊子集的確定方面，與一般的模糊控制器沒有什么區別，只是在推理手段上引入了神經網絡。
以真空度控制為例來驗證控制模型的精確程度。令x1~x7為輸入真空度的模糊子集，x8~x14為輸入真空度變化的模糊子集，y1~y8為輸出空置量的模糊子集，從表1可以看出，共有16條控制規則。例如，當真空度為合適，變化率為零時，抽空時間應該為短，這個樣本可以表示為：
評論