０　引言
在工業自動化生產過程中，一種產品往往包含幾種不同配比的物料。為了能夠生產質地均勻、高質量的產品，這就需要研製一種能夠精確控製各種物料的投放質量，確保配比準確的動態稱重係統。皮帶秤儀表是在皮帶輸送機輸送物料過程中對物料進行連續自動稱重的計量設備，其稱重過程是連續和自動的，不需要工作人員的幹預即可完成稱重操作。
目前，各自動化生產線也越來越追求於無人看管、無人監督和自動生產的機械化操作，各流水線要求對物料投放進行精確測量，通過先進的控製技術快速實現自動配料。為此，設計一種基於ＡＲＭ的多功能皮帶秤控製儀表，不僅能夠實現物料累積量和K8凯发登录入口的自動計量，還能實現K8凯发登录入口的實時控製，從而滿足自動配料的需求。
１　電子皮帶秤係統組成
１．１　係統結構
皮帶秤稱重係統一般由秤架、稱重傳感器、速度傳感器、信號處理單元和稱重顯示控製器（皮帶秤儀表）５大部分構成。下位機數據采集係統采用ＭＳＣ１２１０Ｙ０５單片機作為核心芯片，主要實現壓力信號處理和轉速信號處理，以及信號采集的功能。上位機係統則采用ＡＲＭ７芯片ＬＰＣ２２１４為主控單元，主要實現累積量計算、K8凯发登录入口計算、通訊接口、顯示和控製輸出等功能，其中模擬量輸入０～２０ｍＡ電流用於K8凯发登录入口控製的給定信號，模擬量輸出用於變頻器調節轉速，控製電機運轉速度。
１．２　係統工作原理
係統采用４路壓力傳感器安裝在托輥的下方，克服了通常１隻傳感器情況下，因皮帶跑偏、物料在皮帶上堆積偏向一側，而引起偏心載荷影響稱重精度的缺點。當物料投放到皮帶上時，壓力傳感器會把感應的壓力轉換成微弱的電信號，然後經前置濾波增益放大電路完成信號調理功能；光電傳感器則通過光柵碼盤獲得光電脈衝，經整形濾波電路計算出皮帶轉速；設計中還添加角度傳感器，是為了應對堆取料與皮帶運行時存在傾角的變化而引起測量誤差的情況，擴大了係統的應用範圍，克服了常規動態稱重係統在某些場合不能使用的缺點。
下位機對接收的壓力信號、轉速信號和角度信號，進行Ａ／Ｄ轉換，通過ＲＳ４８５串口與上位機ＡＲＭ７係統通信，把測量的信息傳給上位機。上位機通過積分運算實現累積量計量，並采用閉環控製算法實現K8凯发登录入口的實時控製，K8凯发登录入口的給定值可以通過模擬輸入信號設定，也可由其他係統通過通信口設置，通過模擬量輸出來控製電機轉速，從而控製皮帶的運行速度，達到控製K8凯发登录入口的目的。故將無模型自適應控製算法用於K8凯发登录入口閉環控製中，可以提高控製性能。
２　硬件設計
２．１　下位機數據采集
傳感器輸出的電信號一般較微弱，信噪比小，易淹沒在噪聲中，此外傳感器的輸入／輸出存在一定的非線性，因此在前端處理電路中應濾除噪聲等幹擾，進行信號調理。多通道數據采集係統采用獨立電源供電，互不幹擾，保證傳感器有著良好的輸出特性。選擇低功耗、高精度和寬電壓的儀用放大器ＡＤ６２０［５］，通過加在其引腳１與引腳８中間的增益電阻，實現固定增益放大（設計中增益約為１００）。壓力傳感器輸出微弱信號通過Ｒ０１，Ｒ０２進入係統。由電阻Ｒ０１，Ｒ０２和電容Ｃ０１，Ｃ０２組成對地低通濾波結構，濾除噪聲等幹擾，後經ＡＤ６２０放大輸入單片機。這裏采用對稱結構的低通濾波器，便於差分信號在傳輸過程中受到同等程度的損失，保證線路平衡。
由於微弱稱重信號的Ａ／Ｄ轉換精度影響整機係統的測量精度，所以係統采用的ＭＳＣ１２１０Ｙ０５單片機芯片［６］，其內部集成了２４位高精度８通道Ａ／Ｄ轉換器，轉換速率達到１　０００Ｈｚ，可提高微弱信號的轉換精度。設計中采用內置的ＡＤＣ進行數據采集，各傳感器的輸出信號采用單端輸入方式直接輸入到ＭＳＣ１２１０Ｙ０５的通道中。由於芯片的高集成度，外圍硬件電路設計簡潔，外圍元件非常少，所以係統的可靠性高，開發周期短，開發成本低。
２．２　上位機ＡＲＭ係統硬件
上位機硬件主要由管理控製單元（ＭＣＵ）、存儲單元、外部總線和ＬＣＭ顯示模塊等組成。其中ＭＣＵ以ＡＲＭ７芯片ＬＰＣ２２１４為核心，負責整機係統的調度和管理；存儲單元采用Ｅ－ＩＳ６１ＬＶ２５６１６ＡＬ芯片，可實現數據的高速緩存；外部總線則通過Ｍ２９Ｗ３２０ＥＴ芯片與ＭＣＵ連接，選用Ｅ－ＡＴ４５ＤＢ０１１Ｂ芯片，實現對Ｆｌａｓｈ的讀寫以及與外圍設備的串行通信；ＬＣＭ顯示模塊完成實時信息的顯示，供工作人員了解機器運行狀況。外部接口電路還設有Ａ／Ｄ輸入，Ｄ／Ａ輸出，ＲＳ２３２＿Ｄｅｂｕｇ接口以及ＲＳ４８５通信端口，主要實現信號的輸入輸出，上位機的調試以及與下位機的通信功能。為了方便聯機操作，選用ＤＭ９０００芯片，設置了以太網接口。
３　軟件設計
下位機以ＫｅｉｌＣ作為開發環境，采用基於Ｃ語言代碼實現Ａ／Ｄ轉換和數字濾波功能。由於傳感器輸出特性存在非線性，加之信號放大、模數轉換等環節的一係列非線性，使前端信號處理的非線性誤差變得不可忽視，在軟件設計中通過設定最小采樣間隔，采用連續采樣信號若幹次求平均值方法進行數字濾波，修正非線性誤差。上位機ＡＲＭ係統基於實時多任務操作係統μＣ／ＯＳ－Ⅱ，軟件開發環境為ＩＡＲ　Ｅｍｂｅｄｅｄ　Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ。通過內嵌無模型自適應控製算法，來完成皮帶速度閉環控製功能，輸入信號由Ａ／Ｄ進入，控製量由Ｄ／Ａ輸出。報警模塊完成報警信號的輸出和傳感器故障的緊急處理功能；外圍存儲器用於累計量和報表的定時保存，打印模塊則實現存儲器中數據的打印輸出。
４　控製算法與仿真結果
無模型自適應控製（ＭＦＡＣ），是指無模型控製規律，是參數自適應和結構自適應。控製器的設計僅根據係統的Ｉ／Ｏ數據，不包括受控過程數學模型的任何信息，能實現良好的跟蹤性能，保證係統的閉環穩定，魯棒性較強。考慮可觀測、可控的離散時間非線性係統：
ｙ（ｋ）＝ｆ（ｙ（ｋ－１），ｙ（ｋ－２），…，ｙ（ｋ－ｎ），ｕ（ｋ－１），ｕ（ｋ－２），…，ｕ（ｋ－ｍ））（１）
ｕ（ｋ－１），ｙ（ｋ－１）分別為輸入和輸出；ｎ，ｍ為係統階次；ｆ（·）為未知的非線性函數。無模型自適應控製並不是沒有模型，而是不建立模型，依賴“泛模型”：
Δｙ（ｋ）＝φ（ｋ－１）Δｕ（ｋ－１）（２）
Δｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ）－ｙ（ｋ－１）；Δｕ（ｋ－１）＝ｕ（ｋ－１）－ｕ（ｋ－２）；φ（ｋ－１）稱為偽偏導數。由泛模型可推出預測模型：
Δｙ（ｋ＋１）＝φ（ｋ）Δｕ（ｋ）（３）
Δｙ（ｋ＋１）＝ｙ＊（ｋ＋１）－ｙ（ｋ），Δｕ（ｋ）＝ｕ（ｋ）－ｕ（ｋ－１）。ｙ＊（ｋ＋１）為ｋ＋１時刻係統期望輸出；ｙ（ｋ）為ｋ時刻係統實際輸出；ｕ（ｋ）為ｋ時刻係統的輸入；ｕ（ｋ－１）為ｋ－１時刻係統的輸入。控製目的是在ｋ時刻對係統施加控製作用ｕ（ｋ），使係統輸出期望值ｙ＊（ｋ＋１），為此，引入控製輸入準則函數：
Ｊ（ｕ（ｋ））＝｜ｙ＊（ｋ＋１）－ｙ（ｋ）｜２＋λ｜ｕ（ｋ）－ｕ（ｋ－１）｜２（４）
λ為可調的權重係統，用於克服穩態誤差。將式（３）代入式（４），對ｕ（ｋ）求導，並令其等於零，可得：
ＭＦＡＣ分為偽偏導數辨識和控製律計算，ＭＦＡＣ控製器可以不依賴係統參數模型，通過快速K8凯发大酒店天生赢家，準確掌握被控對象當前特征，產生合理的控製對策，獲得理想的控製效果。
５　結束語
利用ＡＲＭ，設計了多功能皮帶秤儀表，不僅能實現累積量和K8凯发登录入口計量，還能實現K8凯发登录入口的實時控製，具有報表打印、報警輸出和通信等功能，適合於各種散料計量和K8凯发登录入口控製場合。仿真結果表明，將無模型自適應控製係算法用於皮帶秤K8凯发登录入口控製，有較好適應性，能夠滿足不同場合的皮帶秤K8凯发登录入口控製。

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