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冻干机温度控制系统的算法

发布时间:2021-07-13      点击次数:111

          真空冷冻干燥法是目前先进的干燥技术之一。物品在冷冻和真空状态下进行干燥,能避免制品氧化变性、变形或失去活力,复水后能很好的保持原料原有的色泽和味道,营养成分损失很小。由于冻干设备投资大,工艺周期长、能耗大等缺点,制约了冻干技术的大规模使用。但由于冻干后产品重量减轻,能长期贮存,运输费用减少,目前,在对药品、生物制品、贵重食品和一些高科技产品生产加工中,冻干技术有着不可替代的作用。 冻干机是由制冷系统、热补偿系统、温度控制系统、驱动控制系统等几部分组成,各部分除了需要满足需求外,还要密切配合。其中搁板温度控制是整个控制系统的关键,采用循环热媒的方式实现热交换,有明显的滞后特性。冻干机温度控制系统作为一个一阶惯性大滞后系统,运行过程中干扰因素较多,工艺复杂,冻干产品质量对工艺要求较高。传统PID控制方法对大滞后系统控制时,由于在τ远远大于1时,Pade近似逼近效果不理想,在延迟阶段产生很大的震荡,会使搁板温度产生较大的波动,过大的波动会破坏冻干产品的成分,不能满足冻干产品对质量的高要求。本文针对冻干机温度控制系统进行了研究,提出一种对Laguerre级数采用双线性变换的改进算法,Laguerre算法能在有限的阶次内很好地逼近e-τs,实现冻干机温控系统大滞后的控制。通过仿真对比可以看出,在冻干机温度的预测控制系统中,采用改进Laguerre算法能够使系统阶跃响应震荡限制在20%以内。有效避免PID算法中采用Pade近似造成的震荡。 控制系统硬件采用DSP320F2812系统为控制核心,设计了恒流源铂电阻温度传感器,使用DSP内部集成的ADC对温度数据进行过采样,经平滑预处理后作为算法的输入,通过编程实现Laguerre算法在DSP上运行。通过驱动电路完成对制冷机、循环泵和各个阀门等的控制,利用编程实现预冻、抽真空、除霜、信号采集和算法控制等,提高了冻干机控制系统的自动化程度。 

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