[發明專利]一種多層共擠模頭智能溫度控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201310468726.3
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103522526A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 尚春陽;龍彬;莊健
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C47/92
• 分類號: B29C47/92;B29C47/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 汪人和

1.一種多層共擠模頭智能溫度控制系統，其特征在于，包括溫度采集模塊、FPGA溫度控制模塊、驅動加熱模塊和用于設定系統初始值并進行工作信息顯示的操控面板；

所述的溫度采集模塊包括與共擠模頭溫度的控制分區對應的N個溫度采集單元；

所述的FPGA溫度控制模塊包括AD轉換電路，用于實現模糊PID控制算法的FPGA控制芯片，和PWM輸出電路；

所述的驅動加熱模塊包括與控制分區中加熱器對應進行溫度控制的N個驅動加熱單元；

控制分區的溫度信號，由對應溫度采集單元采集輸入一個或多個并行級聯的FPGA溫度控制模塊中，經對應的AD轉換電路轉換為數字信號并經FPGA控制芯片處理輸出N路PWM控制量，每一路PWM控制量由PWM輸出電路分別單路輸出到對應的驅動加熱單元中。

2.根據權利要求1所述的一種多層共擠模頭智能溫度控制系統，其特征在于，所述的溫度采集單元包括用于采集溫度信號的熱電偶傳感器和用于將溫度信號轉換為0～5v標準電壓信號或4～20mA標準電流信號的溫度變送器；熱電偶傳感器對應安裝于共擠模頭內部的控制分區中，溫度變送器的輸出端分別與AD轉換電路的輸入端連接。

3.根據權利要求1所述的一種多層共擠模頭智能溫度控制系統，其特征在于，所述的FPGA溫度控制模塊還包括用于實現復位操作的復位電路，用于提供參考時鐘的時鐘電路，以及用于與上位機實現數據通信的擴展接口。

4.根據權利要求1所述的一種多層共擠模頭智能溫度控制系統，其特征在于，所述的驅動加熱單元包括用于放大PWM電路輸出信號的驅動電路，用于進行加熱的加熱圈，以及用于調節加熱圈功率的固態繼電器。

5.根據權利要求1-4中任意一項所述的一種多層共擠模頭智能溫度控制系統，其特征在于，所述的FPGA控制芯片包括用于存儲模糊控制表的ROM和用于實現編程PID邏輯控制的處理器；ROM內存儲有通過MATLAB工具仿真并離線計算得到的模糊控制表，處理器內固化有通過硬件描述語言實現的模糊PID控制算法。

6.一種多層共擠模頭智能溫度控制方法，基于權利要求5所述的一種多層共擠模頭智能溫度控制系統，其特征在于，包括如下步驟：

a.系統初始化，通過操控面板輸入初始的設定溫度值以及模糊PID控制算法初始參數值；

b.采集共擠模頭溫度，通過溫度采集單元對共擠模頭內N個控制分區的溫度分別對應進行采集，得到溫度信號；

c.控制輸出量的調整；由模糊PID控制算法實現，將步驟b中采集到的溫度信號通過AD轉換電路轉換為數字量的采集溫度值，并輸入到FPGA控制芯片中；根據輸入的采集溫度值和步驟a中輸入的設定溫度值，處理器計算得到偏差e和偏差變化率e_c，其中e_c=de/dt；將e和e_c模糊量化得出編碼值E、Ec，對應得到的E和E_c經調用ROM中的模糊控制表查詢得到PID參數值的修正量△K_p、△K_i、△K_d，結合PID初始參數值計算得到PID輸入參數值K_p、K_i、K_d；通過增量式PID邏輯控制輸出N路并行的PID控制量；

d.控制信號輸出，每路PID控制量經PWM輸出電路輸出控制信號，單路輸出的控制信號分別對應的驅動加熱單元；實現對不同控制分區溫度的智能控制；

e.重復步驟b～d，在設定溫度值的改變時，實現對共擠模頭內不同控制分區溫度調整的智能控制。

7.根據權利要求6所述的一種多層共擠模頭智能溫度控制方法，其特征在于，所述的控制分區是按共擠模頭的溫度分布以矩陣的方式分區得到的，其數量N=（n+3）m，其中n為共擠模頭所生產產品的薄膜層數，m為每層疊加盤片所需的加熱圈數目。

8.根據權利要求6或7所述的一種多層共擠模頭智能溫度控制方法，其特征在于，步驟b中，通過溫度采集單元中的熱電偶傳感器采集共擠模頭溫度，并通過溫度采集單元中的溫度變送器，將溫度信號轉換為0～5v標準電壓信號或4～20mA標準電流信號，并經過包括中值濾波和均值濾波的濾波環節后輸入AD轉換電路。