真空冷凍干燥法是目前*干燥技術之一。物品在冷凍和真空狀態(tài)下進行干燥,能避免制品氧化變性、變形或失去活力,復水后能很好的保持原料原有的色澤和味道,營養(yǎng)成分損失很小。由于凍干設備投資大,工藝周期長、能耗大等缺點,制約了凍干技術的大規(guī)模使用。但由于凍干后產品重量減輕,能長期貯存,運輸費用減少,目前,在對藥品、生物制品、貴重食品和一些高科技產品生產加工中,凍干技術有著不可替代的作用。 凍干機是由制冷系統(tǒng)、熱補償系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、驅動控制系統(tǒng)等幾部分組成,各部分除了需要滿足需求外,還要密切配合。其中擱板溫度控制是整個控制系統(tǒng)的關鍵,采用循環(huán)熱媒的方式實現(xiàn)熱交換,有明顯的滯后特性。凍干機溫度控制系統(tǒng)作為一個一階慣性大滯后系統(tǒng),運行過程中干擾因素較多,工藝復雜,凍干產品質量對工藝要求較高。傳統(tǒng)PID控制方法對大滯后系統(tǒng)控制時,由于在τ遠遠大于1時,Pade近似逼近效果不理想,在延遲階段產生很大的震蕩,會使擱板溫度產生較大的波動,過大的波動會破壞凍干產品的成分,不能滿足凍干產品對質量的高要求。本文針對凍干機溫度控制系統(tǒng)進行了研究,提出一種對Laguerre級數(shù)采用雙線性變換的改進算法,Laguerre算法能在有限的階次內很好地逼近e-τs,實現(xiàn)凍干機溫控系統(tǒng)大滯后的控制。通過仿真對比可以看出,在凍干機溫度的預測控制系統(tǒng)中,采用改進Laguerre算法能夠使系統(tǒng)階躍響應震蕩限制在20%以內。有效避免PID算法中采用Pade近似造成的震蕩。 控制系統(tǒng)硬件采用DSP320F2812系統(tǒng)為控制核心,設計了恒流源鉑電阻溫度傳感器,使用DSP內部集成的ADC對溫度數(shù)據進行過采樣,經平滑預處理后作為算法的輸入,通過編程實現(xiàn)Laguerre算法在DSP上運行。通過驅動電路完成對制冷機、循環(huán)泵和各個閥門等的控制,利用編程實現(xiàn)預凍、抽真空、除霜、信號采集和算法控制等,提高了凍干機控制系統(tǒng)的自動化程度。