一种基于PID的厨余垃圾双轴破碎系统及控制方法与流程

本发明涉及垃圾处理，尤其涉及一种基于pid的厨余垃圾双轴破碎系统及控制方法。

背景技术：

1、在厨余垃圾的破碎生产中，破碎机是整个工艺流程中最重要的设备，而破碎机也是整个厨余垃圾处理流程中最不稳定的设备之一。现行的厨余垃圾生产中破碎设备的控制多以人工操作控制流程为主，由于具备一定的气味，在一定程度上会影响生产员工的身体，而且厨余垃圾的成分较为复杂性，经常会缠绕导致过载造成破碎机长期堵料停机、故障率高，影响破碎机的使用寿命，所以在控制厨余垃圾处理量和处理破碎设备问题时，一套智能化的厨余垃圾破碎系统显得尤为重要。

2、基于以上背景，发明人提出新的破碎设备的控制方式以解决上述问题。pid(比例(proportion)、积分(integral)、微分(differential))控制器作为最早实用化的控制器已有近百年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。pid控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。使用智能控制系统的pid算法控制给料，通过闭环控制方法使破碎电机一直处于一定的负载率下运行，实现厨余垃圾破碎设备的长期稳定运行。

3、现行的阀门控制方法多以电动阀门控制为主，通过控制电动阀门信号为4-20ma的电流值经过a/d转换送到控制器中，但该控制方法精度较低，无法准确控制双轴破碎机的进料量。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于pid的厨余垃圾双轴破碎系统及控制方法，以解决现有控制方案不能准确控制双轴破碎机的进料量，无法使破碎机长期运行在稳定的状态下的问题。

2、第一方面，提供了一种基于pid的厨余垃圾双轴破碎系统，包括储料仓、双轴破碎机、电流采集模块、pid控制模块、储料仓阀门、步进电机、丝杆；

3、所述储料仓设置于双轴破碎机上方，所述储料仓阀门可滑动设置于所述储料仓底部，所述丝杆一端与所述步进电机输出轴连接，所述储料仓阀门一侧与设置于所述丝杆上的滑块连接；

4、所述电流采集模块、步进电机均与所述pid控制模块电性连接；

5、所述电流采集模块用于采集双轴破碎机的电流；所述pid控制模块用于根据接收的双轴破碎机的电流控制步进电机的脉冲宽度输入值以控制储料仓阀门开度。

6、进一步地，还包括设置于所述步进电机输出轴上的编码器，用于检测所述储料仓阀门的位置信息并发送至pid控制模块。

7、进一步地，所述电流采集模块为电流互感器。

8、进一步地，所述双轴破碎机的两个电机由一台变频器控制。

9、第二方面，提供了一种如上所述的基于pid的厨余垃圾双轴破碎系统的控制方法，包括：

10、将双轴破碎机的实时电流平均值作为实测值，将步进电机的脉冲宽度输入值作为控制变量，将双轴破碎机的理想电流值作为设定值；

11、设置采样控制周期，在每个采样控制周期内，对双轴破碎机的实时电流进行采样并计算实时电流平均值，根据双轴破碎机的实时电流平均值与双轴破碎机的理想电流值的偏差计算步进电机的脉冲宽度输入值，并基于步进电机的脉冲宽度输入值对步进电机进行控制，调节储料仓阀门开度。

12、进一步地，所述步进电机的脉冲宽度输入值通过如下公式计算得到：

13、δpn＝kp(pn-pn-1)+kipn+kd(pn-2pn-1+pn-2)

14、式中，δpn代表第n次采样控制周期对应输出的脉冲宽度输入值；pn代表第n次采样控制周期对应偏差值；pn-1代表在第n-1次采样控制周期对应偏差值；pn-2代表在第n-2次采样控制周期对应偏差值；kp代表比例系数；ki代表积分系数；kd代表微分系数。

15、进一步地，还包括初始化过程：

16、先给步进电机一个初始脉冲宽度输入值p0，步进电机控制储料仓阀门开度，进而控制双轴破碎机的进料量；

17、每运行预设时间间隔，采集双轴破碎机主电机的实时电流并计算实时电流平均值i，比较实时电流平均值i和双轴破碎机的理想电流值imax，当双轴破碎机的实时电流平均值i小于双轴破碎机的理想电流值imax时，pid控制模块向步进电机输入正向的脉冲宽度输入值，使储料仓阀门开度增加；当双轴破碎机的实时电流平均值i大于双轴破碎机的理想电流值imax时，pid控制模块向步进电机输入负向的脉冲宽度输入值，使储料仓阀门开度减小；

18、根据实时电流平均值i与双轴破碎机的理想电流值imax的偏差值变化情况依次调整比例系数、积分系数、微分系数的值，并记录最终的比例系数、积分系数、微分系数。

19、本发明提出了一种基于pid的厨余垃圾双轴破碎系统及控制方法，通过步进电机、丝杆和储料仓阀门的组合，使储料仓阀门开度的控制变为直线运动控制，便于控制双轴破碎机的进料量，有利于提高控制精度；同时采用基于pid的控制步进电机的脉冲宽度输入值，能够使双轴破碎机运行在最佳运行状态，控制双轴破碎机实现最高通过量，有效提高厨余垃圾处理产量，达到最大化的处理理想状态，实现最优给料配置，提升了厨余垃圾的破碎效果，同时可以减少双轴破碎机的磨损和过载，提高了双轴破碎机的生产效率、安全性、稳定性。

技术特征：

1.一种基于pid的厨余垃圾双轴破碎系统，其特征在于，包括储料仓、双轴破碎机、电流采集模块、pid控制模块、储料仓阀门、步进电机、丝杆；

2.根据权利要求1所述的基于pid的厨余垃圾双轴破碎系统，其特征在于，还包括设置于所述步进电机输出轴上的编码器，用于检测所述储料仓阀门的位置信息并发送至pid控制模块。

3.根据权利要求1所述的基于pid的厨余垃圾双轴破碎系统，其特征在于，所述电流采集模块为电流互感器。

4.根据权利要求1所述的基于pid的厨余垃圾双轴破碎系统，其特征在于，所述双轴破碎机的两个电机由一台变频器控制。

5.一种如权利要求1至4任一项所述的基于pid的厨余垃圾双轴破碎系统的控制方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的基于pid的厨余垃圾双轴破碎系统的控制方法，其特征在于，所述步进电机的脉冲宽度输入值通过如下公式计算得到：

7.根据权利要求6所述的基于pid的厨余垃圾双轴破碎系统的控制方法，其特征在于，还包括初始化过程：

技术总结
本发明公开了一种基于PID的厨余垃圾双轴破碎系统及控制方法，其中系统包括储料仓、双轴破碎机、电流采集模块、PID控制模块、储料仓阀门、步进电机、丝杆；储料仓设置于双轴破碎机上方，储料仓阀门可滑动设置于储料仓底部，丝杆一端与步进电机输出轴连接，储料仓阀门一侧与设置于丝杆上的滑块连接；电流采集模块、步进电机均与PID控制模块电性连接；电流采集模块用于采集双轴破碎机的电流；PID控制模块用于根据接收的双轴破碎机的电流控制步进电机的脉冲宽度输入值以控制储料仓阀门开度。控制精度高，能够使双轴破碎机运行在最佳运行状态，实现最高通过量，可减少双轴破碎机的磨损和过载，提高生产效率、安全性、稳定性。

技术研发人员：彭星,易志刚,李孟康,赵庆松,李武俊,谢璨,尹常凯,罗军
受保护的技术使用者：湖南仁和环境股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15