基于模糊控制的超速离心机电控系统设计.pdf

摘 要
离心机是一种分离设备，借助高速旋转产生巨大的离心力来分离提纯物质，
在生物学研究和工业生产中应用广泛。随着控制技术发展，离心机转速越来越高，
出现了高速、超速以及超高速离心机。
国外离心机的研制起步较早，在技术、材料和工艺上领先于国内，特别是超
速和超高速离心机，已经生产出最高转速达 150000 rpm 的离心机。国内技术相对
落后，处于高速离心机的研发与生产阶段，30000 rpm 以上的离心机几乎没有，本
论文的设计就是在这样背景下提出的。
本论文研究对象是超速离心机的电控系统，包括电控系统的硬件设计，转速、
温度的控制算法设计和电控系统的软件设计。
在电控系统硬件设计时，首先对系统从功能上进行模块化划分，然后进行模
块化设计，完成各部分的功能，重点介绍了转子识别模块、转速测量控制模块和
温度测量控制模块。转子识别采用射频识别的方式，在运行前或低转速时完成转
子识别，限制最高转速设置，提高安全性；利用霍尔传感器 A44E 测量转速，通过
变频器控制转速；温度传感器 DS18B20 测量温度，通过控制可控硅导通角来控制
温度。系统中包括电机和变频器，做了硬件抗干扰设计。
温度和转速是离心机系统中最重要的两个控制量，力求控制精确。本论文中
针对温度控制中的不确定因素，设计了模糊控制器来控制温度；对转速的控制采
用模糊 PID 控制算法，使参数整定简单易行。通过试验数据对比，控制算法处理
的温度和转速控制精度都得以提高。
在电控系统软件设计时，首先对软件系统模块化处理，然后划分各模块的功
能。主要讲述了转子识别时的转子编码，射频通信时的读写流程，变频器通信的
软件协议以及主要模块的程序流程图。文章最后介绍了软件设计时抗干扰措施。

关键词：超速离心机；模糊控制；射频转子识别；变频调速；抗干扰






II
Abstract
Centrifuge is one kind of splitter, has the huge centrifugal force with the aid of
high speed revolving to separate and purification material, widely applied in the
biology research and industrial production. Along with the control technology
development, the centrifuge rotational speed was getting higher and higher, presented
high speed, over-speed as well as the supervelocity centrifuge.
The overseas centrifuge's development starts early, in the technology, material and
craft is superior to domestic, specially over-speed and supervelocity centrifuge,
already produced the centrifuges with the highest rotational speed to 150000 rpm.
Domestic technical are relative slow, in high speed centrifuge's research, development
and production stage, there are nearly no centrifuges above 30000 rpm, this paper's
design is proposes under such background.
This paper’s study is the supercentrifuge’s electrical control systems, including
e