CN103978669B - 一种吹塑薄膜自动厚度控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吹塑薄膜自动厚度控制系统及控制方法，包括薄膜厚度检测模块、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操控面板。本发明利用可编程逻辑器件FPGA控制芯片实现模糊控制算法得到无刷直流电机速度控制量，结合无刷直流电机双闭环控制算法，进而对薄膜厚度改变时FPGA控制芯片输出控制信号做出相应的改变和调整，通过对控制分区实现薄膜横向厚度采集和薄膜对应风道风口的位置采集、传输和解耦控制，对不同圆周位置处的薄膜厚度实现均匀化控制，能够满足薄膜横向厚度均匀化的控制需求；集成度高，体积小，鲁棒性能好，工作稳定可靠，扩展性强，控制精度高，累积误差小，适应性强。

Description

一种吹塑薄膜自动厚度控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于塑料工业的多层共挤吹塑机技术领域，具体涉及一种吹塑薄膜自动厚度控制系统及控制方法。

背景技术

吹塑成型技术是塑料成型工艺的一种重要方式，吹塑成型产品所占塑料产品比例越来越大。吹塑成型主要通过多台挤出机将不同熔点不同功用的树脂熔融挤出，通过多层共挤模头复合共挤，经过薄膜冷却装置冷却成型。在吹塑薄膜生产过程中，薄膜冷却成型是非常关键的一个环节，对于薄膜表面质量、产量、厚薄均匀性有极大影响。薄膜厚度不均匀，不但会影响到薄膜各处的拉伸强度、撕裂强度、阻隔性等，更会影响薄膜的后续加工。

目前薄膜横向厚度控制系统主要采用传统的自动风环控制系统，如图1所示，为目前工业上采用的自动风环控制系统的原理图，包括薄膜1、测厚装置2、工业计算机3、吹风口4、风环5以及控制系统6。其中风环内部安装一定数量的步进电机分别驱动均匀分布在风环圆周方向的风门调节器，由控制系统控制步进电机驱动阀门移动，继而控制风道风口的风量大小。然而采用阀门的开合控制风量大小，消耗能源较大，输出功率主要消耗在阀门截流过程中，并且阀门开度与电机转速呈非线性关系，控制难度很大。传统的自动风环控制系统主要采用基于工业计算机的传统PID控制方法，通过选取比例系数K_p、积分系数K_d、微分系数K_i进行控制，PID控制原理如图2所示。PID控制方法以其算法简单、鲁棒性好、可靠性高而得到广泛的应用，但是由于薄膜厚度控制系统是一个高度非线性、强耦合、时变性和控制不确定系统，其精确数学模型几乎无法建立。虽然在给定厚度情况下，将PID控制过程参数调整到合适值时可以很好地满足控制要求，但是如果厚度设定值改变，则需要重新调整控制参数，不能实现自动控制，这样对操作人员要求高，而且费时费力，因此采用传统PID控制方法，用户使用极为不便，且难达到高精度控制。传统薄膜厚度控制系统中，多采用工业计算机进行控制，而且为了提高控制精度，多采用进口设备，这将大大提高设备的成本，计算机控制方式中系统不稳定、控制周期长、控制效果不稳定、造价高等缺点，采用计算机控制方式程序和参数很容易被获取。因此改变薄膜横向厚度控制方法，以及对厚度实现实时采集并快速响应成为设计薄膜横向厚度系统所需亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种能够快速响应、操控简单、自动对薄膜横向厚度均匀化进行适应性控制的吹塑薄膜自动厚度控制系统及控制方法。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种吹塑薄膜自动厚度控制系统，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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

一种吹塑薄膜自动厚度控制方法，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ec，其中ec＝de/dt；将e和ec模糊量化得出编码值E、Ec，对应得到的E和Ec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vc，其中vc＝dv/dt；将v和vc模糊量化得出编码值V、Vc，对应得到的V和Vc经调用ROM中的模糊控制表查询得到PID参数值的修正量△Kp、△Ki、△Kd，结合PID初始参数值计算得到PID输入参数值Kp、Ki、Kd；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。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种吹塑薄膜自动厚度控制系统，通过FPGA薄膜横向厚度控制模块实现对薄膜横向厚度均匀化的控制。具体是利用可编程逻辑器件FPGA控制芯片实现模糊控制算法得到无刷直流电机速度控制量，结合无刷直流电机双闭环控制算法，进而对薄膜厚度改变时FPGA控制芯片输出控制信号做出相应的改变和调整，通过对控制分区实现薄膜横向厚度采集和薄膜对应风道风口的位置采集、传输和解耦控制，对不同圆周位置处的薄膜厚度实现均匀化控制，能够满足薄膜横向厚度均匀化的控制需求；集成度高，体积小，鲁棒性能好，工作稳定可靠，扩展性强，控制精度高，累积误差小，适应性强。

进一步的，利用无刷直流电机调速性能好、调速范围宽和调速精度高等特点，通过直接驱动风机来控制风量大小的控制，极大的提高了系统控制的精确度、节能和降低了控制难度。

进一步的，利用MATLAB离线计算得到的模糊控制表，然后通过在ROM中进行存储，实现数据确定是的离线计算和调用时的在线查表，大大减小了FPGA的计算量，从而加快了实时系统控制速度，提高了系统响应速度。

本发明一种吹塑薄膜自动厚度控制方法，在控制系统的基础上，采用薄膜厚度偏差e和厚度偏差变化率e_c的双参数输入，并由此经模糊控制算法得到电机速度值，并经过无刷直流电机速度模糊PID控制算法和电流PID控制算法的双闭环控制进行电机的速度修正，最终得到电机的准确速度量；通过偏差e和偏差变化率e_c的变化不断的对无刷直流电机速度进行调整，得到实际情况下变化而改变的电机速度，从而对薄膜横向厚度均匀度实现调控，实现薄膜横向厚度均匀化的智能控制。

进一步的，利用滤波环节减少采集误差和利用单端转差分环节增强采集信号抗干扰能力，从源头保证了调控精度；通过模糊控制算法实现智能控制，无需精确的数学模型，设计简单，便与应用，改变传统PID控制算法参数值不变的缺陷，很好的满足工作过程中改变薄膜厚度设定值时对薄膜厚度控制的调节和改变；结合采用MATLAB离线计算和在线查表方式的模糊推理，极大的简化了模糊控制，减小了FPGA的计算量，降低了编程的难度并且缩短了设计周期。

附图说明

图1为传统上吹塑薄膜自动厚度控制系统的控制示意图；

图2为现有技术中传统PID控制原理框图；

图3为本发明单路薄膜厚度控制组成框图；

图4为本发明薄膜厚度控制系统的原理图；

图5为本发明薄膜自动厚度控制系统的组成结构框图；

图6为本发明薄膜自动厚度控制方法的工作流程框图。

其中，1为薄膜；2为测厚装置；3为工业计算机；4为吹风口；5为风环；6为控制系统。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图3至图5，本发明吹塑薄膜自动厚度控制系统，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。

如图5所示，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。

如图3所示，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。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。

如图5所示，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。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。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。

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。

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。

本发明的工作过程：

控制薄膜圆周厚度的信号，由对应的厚度采集单元采集输入到FPGA薄膜厚度控制模块中，同时由风道风口位置采集单元采集薄膜圆周方向位置所对应风道风口的位置信号输入到FPGA薄膜厚度控制模块中，再经对应的薄膜厚度信号A/D转换电路和对应的风道风口位置信号A/D转换电路转换为数字信号并经FPGA控制芯片处理输出对应无刷直流电机的6路PWM控制量，每一个无刷直流电机6路PWM控制量由无刷直流电机驱动电路分别输出到对应的三相桥式逆变器中，控制无刷直流电机的换相和速度调节，再由无刷直流电机驱动对应的风机控制风量，实现薄膜厚度均匀化控制。

本发明的原理：

如图4所示，本发明吹塑薄膜自动厚度控制系统，包括厚度检测模块、FPGA薄膜厚度控制模块、薄膜冷却成型模块和用于设定系统初始值并进行工作信息显示的操控模块；薄膜厚度检测模块包括用于检测薄膜圆周径向厚度的采集单元，用于检测薄膜圆周位置所对应的风道风口位置采集单元；FPGA薄膜厚度控制模块包括薄膜厚度信号的A/D转换电路，风道风口位置信号的A/D转换电路，用于控制风量大小的无刷直流电机控制模块，和用于实现模糊控制算法和无刷直流电机双闭环控制算法的FPGA控制芯片；薄膜冷却成型模块包括用于产生冷却风的N个风机，与风机对应进行风量大小控制的N个无刷直流电机，和具有N个圆周上均匀分布风道风口的风环；

本发明采用16位高精度差分AD7684进行厚度信号A/D转换，其输入信号为差分信号，抗干扰能力强，精确度高；

并采用XC3S200E作为FPGA控制芯片，其具有172个I/O端口、200K逻辑门、612个可配置逻辑块、高达38K分布式内存和216K块内存，其丰富的片内资源非常适合复杂的控制算法与控制功能集成在单片FPGA内，完全满足本设计要求，并且其丰富的管教资源为后期的系统升级提供了便捷。

优选的，如图3所示，薄膜厚度采集单元包括用于采集薄膜圆周厚度的旋转扫描式测厚传感器和用于将单端厚度信号转化为差分信号的单端转差分驱动器；本发明旋转扫描式测厚传感器选用电容式测厚仪，根据不同厚度包膜介质常数不同原理进行测量，测量范围为0～200um，不仅能够满足薄膜厚度测量范围0～120um的要求，也能满足测量精度±1um的要求。

优选的无刷直流电机控制模块包括用于无刷直流电机三相的电流检测电路，用于无刷直流电机的位置检测电路，用于驱动无刷直流电机的驱动电路和三相桥式逆变器。其中，三相桥式逆变器将直流电源220V逆变为三相交流电供给无刷直流电机。

本发明，用MOSFET电子开关管构成的无刷直流电机三相星形桥式功率逆变器，其具体参数V_DSS＝400V，R_DS(on)＝1.8mΩ，I_D＝3A。MOSFET是一种开关速度快的理想的电压控制器件，其驱动短路较为简单。

本发明选用IR2132专用集成驱动芯片作为无刷直流电机驱动芯片，IR2132是专为功率MOSFET以及IGBT驱动而设计的，具有三个独立高、低边参考输出通道，逻辑输入与CMOS或LSTTL输出兼容，方便于控制电路连接，独特的设计使得IR2132可驱动工作在母线电压不高于600V的电路中的功率器件。

本发明电流采样电路选用型号为ACS712霍尔电流传感器，对于直流或是非正弦的交流电来说，采用霍尔传感器实现电流检测是最好的方法；所述的电流采样电路，选用16位高集成度AD7656进行电流信号的A/D转换。

本发明位置检测电路，用SN74LVC4245DB型号的电平转换芯片，将无刷直流电机的霍尔位置传感器输出的电压信号0～5V转换为FPGA兼容的3.3V电平信号。

其中，单路的薄膜厚度控制系统结构图如图3所示，风道风口位置检测传感器检测出薄膜厚度测厚仪所检测薄膜圆周位置处对应的风道风口的位置，同时厚度测厚仪采集薄膜圆周对应的厚度信号，经过单端转差分驱动器将厚度单端信号转换为差分信号，输入法到A/D转换电路转换为数字信号输入到FPGA控制芯片中，经过算法的计算后输出6路PWM控制量，由无刷直流电机驱动电路将6路PWM信号进行调节、放大然后去驱动三相桥式逆变器，从而调节无刷直流电机的速度，无刷直流电机驱动风机实现风量大小的调节，从而实现薄膜的冷却成型速度，实现对控制分区的闭环调节和控制。

本发明与FPGA薄膜厚度控制模块连接的操控面板包括触摸屏和按键组成，能够实现的功能包括：薄膜厚度数据的发送与接收，给定厚度的设定，薄膜圆周方向的厚度变化曲线的绘制和薄膜厚度数据的保存和显示。

优选的FPGA薄膜厚度控制模块还包括用于实现复位操作的复位电路，用于提供参考时钟的时钟电路，以及用于上位机实现数据通讯的扩展接口

如图6所示，本发明还公开了一种吹塑薄膜自动厚度控制方法，基于以上优选的智能厚度控制系统，包括以下步骤：

a.系统初始化，通过操控面板输入初始设定的薄膜厚度；如果初始化完成则继续进行下步骤的操作，如果没有完成则再次进行初始化操作，直至初始化完成。

b.采集薄膜圆周径向厚度，通过薄膜厚度采集单元对薄膜圆周方向各处

的薄膜厚度进行连续的采集，得到圆周方向各处的厚度信号，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；优选的通过旋转扫描式电容厚度测厚仪采集薄膜厚度，并通过单端转差分驱动器将厚度单端信号转换为抗干扰能力强的差分信号，如果采集完成则输入A/D转换电路进行A/D转换，如果采集没有完成则继续进行薄膜厚度采集，直到采集完成。

c.控制输出量的调整；如图所示，由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；根据输入的采集薄膜厚度值与步骤a中输入的设定厚度值，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，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，在确定了量化因子、基本论域、模糊论域，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的，在仿真结果可行的基础上，通过Matlab工具查询得到模糊控制表，将该控制表以.mif的格式存储于FPGA控制芯片的ROM中，通过这种离线计算、在线查表的方式，可以使模糊控制过程简化，FPGA控制芯片的计算量大大减小，提高实时系统控制的速度，降低了编程难度并缩短设计周期。

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。

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。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

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)，在设定薄膜厚度值改变时，实现对薄膜圆周径向自动厚度均匀化的智能控制。