[发明专利]一种基于DSP与FPGA的吹塑装备智能温控系统的控制方法

摘要

本发明公开了一种基于DSP与FPGA的吹塑装备智能温控系统及其控制方法，包括温度信号采集单元、多温区解耦控制单元和加热执行单元。温度信号采集单元包括热电偶传感器、温度变送器及A/D转换模块；多温区解耦控制单元包括自适应遗传算法优化PID控制参数模块、PID控制模块、DSP与FPGA通信模块及多路PWM输出模块。各温区温度信号通过温度信号采集单元得到并输入FPGA温度控制模块进行滤波等处理，然后将处理结果通过并行通讯方式发送给DSP自适应遗传算法优化PID参数控制单元，寻找到最优的PID控制参数并发送给FPGA温度控制模块，FPGA输出多路PWM控制信号控制各温区温度。本发明用于吹塑装备多温区解耦控制，具有系统集成度高、稳态性能好、响应速度快、控制精度高等优势。

主权项

一种基于DSP与FPGA的吹塑装备智能温控系统的控制方法，其特征在于，所述吹塑装备智能温控系统包括用于对A/D信号进行放大、滤波处理的信号调理单元、基于DSP平台的时钟单元、通信单元、自适应遗传算法优化PID参数控制单元，以及基于FPGA平台上的时钟单元、通信单元、PID控制单元、A/D转换电路、PWM输出单元、温度信号采集单元以及驱动加热单元；其中，DSP平台与FPGA平台上时钟单元分别用于统一FPGA平台上各单元的操作时序；DSP平台上的通信单元用于与上位机通讯得到预设的控制目标，并将其发送给FPGA平台上的PID控制单元；上位机带有操作面板，用于设定各温区的温度值以及实时显示各温区温度；自适应遗传算法优化PID参数控制单元用于根据吹塑装备具体的工况实时的优化PID控制参数；温度信号采集单元用于采集反馈信号，并将反馈信号传送给PID控制单元和自适应遗传算法优化PID参数控制单元；PID控制单元根据控制目标、反馈信号和自适应遗传算法优化PID参数控制单元优化的结果计算出各温区的控制量，然后由PWM输出单元实现对各个温区的温度精确控制；PWM输出单元由多路并行的单路PWM组成，用于控制固态继电器的通断或加热功率，实现控制多个温区的温度控制；驱动加热单元由驱动电路板和固态继电器组成，用于对FPGA控制输出进行放大以驱动固态继电器工作，通过控制固态继电器的通断以实现控制各温区加热器加热功率的目标；温度信号采集单元采用热电偶传感器，用于采集吹塑装备各温区的温度信号，通过温度变送器将温度信号转换为标准的电压信号，经过FPGA平台上的A/D转换电路处理输入给FPGA平台上各单元进行计算；信号调理单元用于将干扰信号滤除提高信噪比，以便进行后续的计算处理；控制方法具体包括以下步骤：1)将DSP平台通过通信单元与上位机连接，将PWM输出单元接口和驱动电路板对应接口相连，并将固态继电器、A/D转换电路分别与对应装置连接；2)通电后进行初始化操作，通过上位机操作界面设置各温区的温度值，并利用串口通讯模块发送给自适应遗传算法优化PID参数控制单元；3)温度信号采集单元采集反馈信号，温度信号采集单元采集的温度信号经过预处理后得出测量值，得到各温区实时的温度值，反馈数据输送给PID控制单元；4)PID控制单元对反馈数据进行计算，通过并行通讯模块，将结果发送给自适应遗传算法优化PID参数控制单元，并将优化后的参数发送给PID控制单元；5)将反馈数据通过串口通信模块发送到上位机，并实时显示各温区的控制目标温度和实际温度值；PID控制单元根据控制目标和反馈数据进行计算，得到各温区的控制量并通过PWM输出单元输出控制信号，对各温区加热器进行控制；6)重复进行步骤3)至步骤5)，直至满足设定的各温区控制目标或接收到由上位机输入的结束命令为止。