PID控制的應(yīng)用 - 一種嵌入式的太陽(yáng)能干燥實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

　　3.2 PID控制的應(yīng)用

　　太陽(yáng)能干燥設(shè)備運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)參數(shù)無(wú)法通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得，從而無(wú)法建立精確的數(shù)學(xué)模型。因此，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠工程經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定。在綜合考慮多種控制理論可行性并參照工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，嵌入式太陽(yáng)能干燥實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)選用數(shù)字PID控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)干燥室的恒溫控制。

　　嵌入式處理器以上位機(jī)設(shè)定干燥溫度作為系統(tǒng)控制目標(biāo)量，以干燥室內(nèi)實(shí)時(shí)溫度作為輸入量調(diào)用PID算法。PID 輸出量作為變頻器工作頻率對(duì)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，從而實(shí)時(shí)增減送入熱風(fēng)量以完成對(duì)干燥室的恒溫控制。

　　考慮到溫度調(diào)節(jié)的特性要求，本系統(tǒng)采用PI 控制。即先根據(jù)被控對(duì)象的特性和一般慣例確定比例系數(shù)和積分系數(shù)的整定范圍，再通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速記錄干燥室內(nèi)溫度變化曲線并進(jìn)行分析，最終確定PID算法中比例系數(shù)為0.4，積分系數(shù)為6.

　　3.3 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用北京亞控公司的組態(tài)王軟件完成對(duì)上位機(jī)監(jiān)測(cè)和控制界面的設(shè)計(jì)。上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)干燥室內(nèi)溫濕度等參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示以及恒溫干燥溫度、濕度上限的設(shè)定，設(shè)計(jì)選用Access2010數(shù)據(jù)庫(kù)作為記錄的數(shù)據(jù)庫(kù)，便于數(shù)據(jù)的保存與分析。

　　應(yīng)用組態(tài)王軟件新建一個(gè)太陽(yáng)能干燥監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，選用單片機(jī)通信協(xié)議并通過(guò)RS 485 接口實(shí)現(xiàn)與嵌入式處理器的通信。上位機(jī)軟件界面采取分區(qū)設(shè)計(jì)，界面由顯示區(qū)和操作區(qū)構(gòu)成。顯示區(qū)包括溫濕度、轉(zhuǎn)速、排氣扇狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示以及溫濕度變化趨勢(shì)圖。操作區(qū)可實(shí)現(xiàn)對(duì)恒溫干燥溫度和濕度上限的人工設(shè)定。

　　上位機(jī)軟件界面如圖7所示。

　　4 運(yùn)行測(cè)試結(jié)果與分析

　　目前本文設(shè)計(jì)的嵌入式太陽(yáng)能干燥實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)已經(jīng)在某農(nóng)場(chǎng)的牧草干燥作業(yè)中順利運(yùn)行了6個(gè)多月的時(shí)間。在前期的干燥作業(yè)中，在通過(guò)設(shè)置不同的溫濕度條件并對(duì)系統(tǒng)采集到的溫濕度數(shù)據(jù)以及對(duì)干燥物料品質(zhì)進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，確定最佳的干燥溫度與濕度上限以供后期規(guī)?；稍镒鳂I(yè)參考。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，干燥室內(nèi)實(shí)際溫度值與設(shè)定值間的誤差能夠保持在0.5 ℃以內(nèi)，較為理想。使用本系統(tǒng)進(jìn)行干燥的牧草在干燥過(guò)程中為最佳溫濕度條件的恒溫適濕干燥，芳香性氨基酸以及蛋白質(zhì)保存較好，因此干燥后的牧草適口性好、家畜的消化能攝入量高，即牧草的干燥品質(zhì)較好，且單位耗電量?jī)H為0.15 kW·h/kg.表1是系統(tǒng)在2013年6月7日干燥作業(yè)中采集到的部分?jǐn)?shù)據(jù)，系統(tǒng)設(shè)定干燥溫度為51 ℃，設(shè)定濕度上限為48%.

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　本文詳細(xì)介紹了基于STM32和FreeRTOS的嵌入式太陽(yáng)能干燥實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。方案采用具有Contex-M3內(nèi)核的STM32嵌入式微處理器，使系統(tǒng)小型化，且便于提高性能以及與各種外設(shè)連接擴(kuò)展。將嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)FreeRTOS移植到STM32，使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，具有高實(shí)時(shí)性、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。系統(tǒng)整體造價(jià)較為低廉，宜于推廣使用，且經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用驗(yàn)證：采用本嵌入式太陽(yáng)能干燥實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的干燥設(shè)備更加節(jié)能高效，干燥物料的品質(zhì)也有所提高。