[发明专利]冰淇淋老化机温度控制装置

说明书

技术领域：

一种PID应用的温度控制系统。 

背景技术：

冰淇淋的生产包括杀菌、均质、老化等过程，其中温度是影响工艺质量的重要参数。在高温杀菌时，要求冰淇淋混合料在杀菌缸内用夹套蒸汽加热至78℃，保温30分钟进行杀菌，如果温度过高易使产品产生蒸煮味和焦味。在均质时，温度要控制在65～70℃，否则会影响均质的效果，导致冰淇淋产品组织细腻程度不够。在老化时，要求温度控制在2～4℃，一般需要4～24小时，如果低于这个温度范围，则会影响脂肪蛋白质和稳定剂的水合作用。现在冰淇淋均质老化机上应用的多为传统的PID控制，PID能控制基本的线性系统，结构简单，稳态精度高，但是对于非线性、时变、不确定因素多的复杂过程，例如温度控制系统，效果就不能令人满意。而模糊控制不依赖准确的数学模型，响应速度快，鲁棒性能好，动态性能比PID好，但是稳态性能不如PID[1]。根据模糊控制和PID控制各自的优点，提出了对温度进行分段控制的方法，即在温差很大的时候用开关量控制，在温差处于中段时，运用模糊控制方法，提高系统响应速度，在温差较小时，运用PID控制方法，使得系统具有很好的稳态精度。 

发明内容：

本发明就是针对上述问题，提供一种稳态精度高和模糊控制的动态性能好、鲁棒性强的温度控制器。 

为实现上述目的，本实验新型采用如下技术方案，本实验新型硬件部分包括温度检测电路，制冷驱动电路，制热驱动电路，单片机控制电路。软件部分 包括按键检测程序、数码管显示程序、步进电机驱动程序、温度检测程序、PID算法程序和模糊控制算法程序；冰淇淋均质老化机中既有制热系统，也有制冷系统。然而制冷和制热系统不能频繁切换启动，因此在调温和保温的过程中，只能使用其中的一个；结合均质老化机温度控制的实际要求，采用分段控制的方法将模糊控制和PID控制相结合。 

本发明的有益效果是，控制系统的响应速度和稳态精度都得到了提高。 

附图说明：

下面结合附图对本发明进一步说明 

图1系统硬件结构图。 

图2主程序流程图。 

具体实施方式

冰淇淋均质老化机中即有制热系统，也有制冷系统。然而制冷和制热系统不能频繁切换启动，因此在调温和保温的过程中，只能使用其中的一个。结合均质老化机温度控制的实际要求，采用分段控制的方法将模糊控制和PID控制相结合。 

本实验新型硬件部分包括温度检测电路，制冷驱动电路，制热驱动电路，单片机控制电路。软件部分包括按键检测程序、数码管显示程序、步进电机驱动程序、温度检测程序、PID算法程序和模糊控制算法程序；冰淇淋均质老化机中既有制热系统，也有制冷系统。然而制冷和制热系统不能频繁切换启动，因此在调温和保温的过程中，只能使用其中的一个；结合均质老化机温度控制的实际要求，采用分段控制的方法将模糊控制和PID控制相结合。 

在温度检测电路中，选用PT100作为温度传感器，输出标准电压信号，经LM331压频转换，接入单片机T1端口；在制热驱动电路中，采用交流调功电路对加热器的功率进行调整；在制冷驱动电路中，通过调节电子膨胀阀的阀门开度来调节制冷功率，电子膨胀阀阀门开度由步进电机控制；单片机控制器赛 电路输出连接键盘电路和四位数码管显示驱动电路。 

在图2中，控制系统开始后，先进行初始化，然后依次进行温度检测即显示，键盘检测处理，算法执行周期，控制算法；温度采样每1S一次，并对采样值进行滑步滤波处理，经数码管显示；算法执行周期设为30S，即每隔30S执行一次控制算法；制热时采用模糊PID并行控制算法，制冷时则只采用PID控制算法；由温度给定值R判断保持温度阶段时使用的是制冷还是制热系统。