[发明专利]一种吹塑薄膜自动厚度控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种吹塑薄膜自动厚度控制系统，其特征在于：包括用于检测薄膜圆周径向厚度和用于检测薄膜圆周方向各区段所对应风道风口位置的薄膜厚度检测模块、带有FPGA控制芯片的薄膜厚度控制模块、带有若干无刷直流电机的薄膜冷却成型模块以及用于设定系统初始值并进行工作信息显示的操控面板；其中，薄膜厚度检测模块的信号输出端与薄膜厚度控制模块的信号输入端相连，薄膜厚度控制模块分别与薄膜冷却成型模块和操控面板相交互；FPGA控制芯片用于实现模糊控制算法和无刷直流电机双闭环控制算法。

2.根据权利要求1所述的吹塑薄膜自动厚度控制系统，其特征在于：所述的薄膜厚度检测模块包括用于检测薄膜圆周径向厚度的薄膜厚度采集单元以及若干用于检测薄膜圆周方向各区段所对应风道风口位置的风道风口位置采集单元；薄膜厚度采集单元和风道风口位置采集单元的信号输出端均与薄膜厚度控制模块中的FPGA控制芯片相连。

3.根据权利要求2所述的吹塑薄膜自动厚度控制系统，其特征在于：所述的薄膜厚度采集单元包括用于采集薄膜圆周厚度信号的旋转扫描式电容厚度测厚仪和用于将单端厚度信号转换为差分信号的单端转差分驱动器；单端转差分驱动器的输出端与第一A/D转换电路的输入端相连。

4.根据权利要求2所述的吹塑薄膜自动厚度控制系统，其特征在于：所述的风道风口位置采集单元包括用于采集薄膜圆周方向若干个控制区段所对应若干个风道风口位置的若干个位置检测传感器；这些位置检测传感器的输出端与第二A/D转换电路的输入端相连。

5.根据权利要求2所述的吹塑薄膜自动厚度控制系统，其特征在于：所述的薄膜厚度控制模块还包括用于转换薄膜厚度信号的第一A/D转换电路、与风道风口位置采集单元相对应的若干用于转换风道风口位置信号的第二A/D转换电路以及若干用于控制风量大小的无刷直流电机控制模块；其中，第一A/D转换电路和第二A/D转换电路的信号输入端分别与薄膜厚度采集单元和风道风口位置采集单元的信号输出端相连，第一A/D转换电路和第二A/D转换电路的信号输出端均连接到FPGA控制芯片的信号输入端上，无刷直流电机控制模块分别与FPGA控制芯片和薄膜冷却成型模块相交互。

6.根据权利要求5所述的吹塑薄膜自动厚度控制系统，其特征在于：每一个无刷直流电机控制模块包括用于检测无刷直流电机电流的电流检测电路、用于检测无刷直流电机位置的位置检测电路、用于驱动无刷直流电机的驱动电路以及三相桥式逆变器；无刷直流电机驱动电路的输入端与FPGA控制芯片的6路PWM输出端相连，无刷直流电机驱动电路的输出端与三相桥式逆变器的输入端相连，三相桥式逆变器的输出端分别与无刷直流电机和电流检测电路的输入端相连，位置检测电路的输入端连接到无刷直流电机上，电流检测电路和位置检测电路的信号输出端均连接到FPGA控制芯片的信号输入端上。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的吹塑薄膜自动厚度控制系统，其特征在于：所述的FPGA控制芯片包括用于实现电机转速设定的模糊控制算法、用于实现无刷直流电机双闭环控制的模糊PID速度调节控制算法以及PID电流调节控制算法；FPGA控制芯片的ROM内存储有通过MATLAB工具仿真并离线计算得到的模糊控制表，处理器内固化有通过硬件描述语言实现的模糊PID控制算法。

8.根据权利要求1～6任意一项所述的吹塑薄膜自动厚度控制系统，其特征在于：所述的薄膜厚度控制模块还包括用于实现复位操作的复位电路、用于提供参考信号的时钟电路以及用于与上位机实现数据通信的扩展接口。

9.根据权利要求1～6所述的吹塑薄膜自动厚度控制系统，其特征在于：所述的薄膜冷却成型模块包括用于产生冷却风的若干个风机、与若干风机对应进行风量大小控制的若干个无刷直流电机以及具有若干个风道风口的风环；其中，每一个无刷直流电机的输出轴分别与对应的风机的转轴固定连接；风道风口在圆周上等距离分布。

10.一种采用权利要求1～6任意一项吹塑薄膜自动厚度控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)系统初始化；通过上位机操作面板输入设定薄膜厚度值以及控制算法初始参数值；

b)采集薄膜圆周方向各处的厚度和薄膜圆周方向上各区段对应的风道风口的位置；通过薄膜厚度采集单元对薄膜圆周上各处的厚度连续进行采集，得到薄膜圆周径向各处的厚度信号，同时通过风道风口位置采集单元对薄膜圆周方向各区段对应的风环上风道风口位置进行位置采样，得到薄膜当前检测处所对应风道风口的位置信号；

其中，通过旋转厚度测厚仪采集薄膜圆周径向各处薄膜厚度，并通过单端转差分驱动器，将单端厚度信号转换为差分信号，并经过包括中值滤波和均值滤波的滤波环节后输入A/D转换电路；

c)控制输出量的调整；由FPGA控制芯片中的模糊控制器和无刷直流电机双闭环控制系统实现，将步骤b)中采集到的薄膜厚度信号通过第一A/D转换电路转换为数字量的厚度信号，并输入FPGA控制芯片中；根据薄膜厚度值与步骤a)中输入的设定厚度值，经处理器计算得到薄膜厚度偏差e和偏差变化率e_c，其中e_c＝de/dt；将e和e_c模糊量化得出编码值E、E_c，对应得到的E和E_c经调用ROM中的模糊控制表查询得到输出模糊量，通过反模糊量化得到无刷直流电机速度设定值；速度设定值与无刷直流电机位置检测电路得到的无刷直流电机实际速度值，经处理器计算得到速度偏差v和速度偏差变化率v_c，其中v_c＝dv/dt；将v和v_c模糊量化得出编码值V、V_c，对应得到的V和V_c经调用ROM中的模糊控制表查询得到PID参数值的修正量△K_p、△K_i、△K_d，结合PID初始参数值计算得到PID输入参数值K_p、K_i、K_d；通过增量式PID逻辑控制输出无刷直流电机电流参考值；无数直流电机电流参考值与无刷直流电机电流检测电路得到无刷直流电机三相实际的电流值经处理计算得到电流偏差i，经过增量式PID算法输出PID控制量，再经过PWM控制器输出得到6路PWM控制量；

其中，模糊控制表是使用Matlab工具对控制系统数学模型进行Simulink仿真，在确定量化因子、基本论域以及模糊论域后，根据专家经验和仿真调试建立模糊控制规则表，进行模糊推理并采用重心法解模糊后查询得到；

d)控制信号输出；6路PWM输出控制信号经无刷直流电机驱动电路输出到三相桥式逆变器，控制功率管的开断，实现无刷直流电机的换相和速度的调节；无刷直流电机驱动风机实现风量大小的调解，实现薄膜圆周不同位置厚度的均匀化智能控制；

其中，通过无刷直流电机驱动电路对PWM输出信号进行放大调节后，控制三相桥式逆变器功率管的通断，实现无刷直流电机的换相合速度调节，实现对薄膜圆周径向各处的厚度均匀化智能控制；

e)重复步骤b)～d)，在设定薄膜厚度值得改变时，实现对薄膜圆周径向自动厚度均匀化的智能控制。