[发明专利]基于ARM单片机混沌映射控制的混沌搅拌控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于ARM单片机混沌映射控制的混沌搅拌控制系统。

背景技术

搅拌设备使用历史悠久，大量应用于化工、医药、食品、涂料、废水处理等行业中。在这些行业中，常常会进行中高粘度物料的搅拌操作。由于物料常处于层流状态，常规匀速搅拌时，搅拌器桨叶的上、下方附近形成大范围的混合隔离区，导致搅拌釜内长时间混合不均，能量消耗多，混合效率低。为了改善工业搅拌效果，研究人员对非传统搅拌方式的混合特性进行了研究，如变转速搅拌、偏心搅拌等。研究发现，这些非常规的搅拌方式可较大幅度提高混合效率。

随着混沌理论的发展，混沌混合的概念被提出，混沌混合的良好效果也逐渐得到人们的认可。最早的设计采用机械方式设计不同形状的搅拌叶来产生混沌运动，存在着复杂和不灵活的缺点。

中国专利申请200810154905.9公开了一种基于延时反馈转矩控制的混沌搅拌器及其工作方法，其包括电机、搅拌叶、电机转速检测系统、电机电流检测系统、延时反馈系统、电机参考转矩计算系统、电机参考电流计算系统、电流控制器、PWM驱动器和电力变换器。电机转速检测系统的信号输出端通过延时反馈系统与电机参考转矩计算系统的信号输入端连接，电机参考转矩计算系统的信号输出端与电机参考电流计算系统的信号输入端连接，电机参考电流计算系统的信号输出端和电流检测系统的信号输出端分别和电流控制器的正、负信号输入端连接。该专利利用电路本身产生混沌信号，虽然能够控制电机混沌转速工作，但是利用的是电路本身的不稳定性，该专利所述方法实现比较困难，需要复杂的控制电路，对操作者电路技术要求高。电路设计完成之后，混沌信号的种类无法人工调节。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于ARM单片机混沌映射控制的混沌搅拌控制系统，该系统利用的是全数字电路，稳定性好，可靠性高，能够精确地控制和方便地调节电机转速；适用范围广，可以适应各种工况下不同搅拌参数的需要。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于ARM单片机混沌映射控制的混沌搅拌控制系统，包括ARM单片机，ARM单片机分别与输入装置、驱动芯片和AD转换芯片相连并通信，所述驱动芯片与H桥驱动电路相连，H桥驱动电路与直流电机相连，直流电机与混沌搅拌系统相连，直流电机上设置有实时监测其转速与电流信号的传感器，传感器与AD转换芯片相连。

所述输入装置为键盘。

所述驱动芯片为IR2101MOSFET/IGBT驱动芯片。

所述AD转换芯片为TLC549串行AD转换芯片。

所述H桥驱动电路是由4个MOSFET组成的。

所述ARM单片机内编入逻辑斯蒂映射式，令边界条件在混沌区间内，n等于输入模块所输入的峰值转速，用ARM单片机的CPU计算x_i的轨迹曲线，则能生成一组混沌的信号，该信号即为电机混沌旋转的转速信号；调整CPU的工作时序，使其混沌序列信号的产生速度与电机工作的机械延迟时间相对应，这种情况下CPU所计算出的混沌信号数值将是电机下一时刻的转速，故能够通过PID调节。

所述CPU产生的混沌信号是离散的，需要PID控制算法将一系列离散的信号连续化，才能控制电机转速的改变；通过调节CPU的工作时序以及PID控制算法，使得CPU产生的混沌信号为下一时刻电机应有的转速，该转速数值传输给PID控制模块，同时，传感器采集到得实际电机转速信号经过AD转换也传输到PID控制模块；PID控制模块比较实际转速信号和CPU产生的理论混沌转速信号相比较，偏差根据PID控制算法进行PID运算之后，得到修正的混沌转速信号，驱动电机平滑的改变转速。

所述ARM单片机中内置5路PWM模块，使用其中四路PWM模块；PWM模块接收到PID控制模块产生的修正后的混沌转速信号，进行PWM调制，生成混沌的PWM信号。

所述IR2101MOSFET/IGBT驱动芯片接受ARM单片机中PID控制模块输出的PWM信号，控制四个MOSFET的开闭状态，以调整电路占空比，达到改变电压及控制之流电机转速的功能。

本发明利用ARM单片机中的中央处理器（CPU）通过混沌映射（如逻辑斯蒂映射）产生混沌信号，通过把这个混沌信号进行PWM调制产生混沌的PWM信号，然后通过驱动电路根据该混沌PWM信号驱动电机以混沌的转速旋转以带动搅拌器混沌的转速工作，达到混沌搅拌提高搅拌效率的目的。