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引言
    超微粉碎作業(yè)過(guò)程中，粉碎效率、單位能耗與粉碎機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工況有關(guān)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)超負(fù)荷工作能增加粉碎產(chǎn)量，卻伴隨電機(jī)發(fā)熱、機(jī)件損壞加劇、粉料溫升大、粉碎質(zhì)量下降等不良效果；驅(qū)動(dòng)電機(jī)輕載條件下工作，粉碎質(zhì)量會(huì)有所提高，但存在產(chǎn)量減少、單位能耗增大、經(jīng)濟(jì)效益下降等缺點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最佳工況能使粉碎加工獲得良好的作業(yè)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。粉碎作業(yè)的負(fù)荷控制傳統(tǒng)上以人工調(diào)控喂料量來(lái)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工況，這種方法存在反應(yīng)遲鈍、操作精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題。開(kāi)發(fā)粉碎機(jī)智能負(fù)荷控制系統(tǒng)是粉碎作業(yè)的迫切需求，要求控制系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)際負(fù)荷與額定負(fù)荷的差異情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)粉碎機(jī)喂料量，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)荷與額定負(fù)荷一致，實(shí)現(xiàn)粉碎機(jī)經(jīng)濟(jì)、高效、安全地運(yùn)行。
1、智能負(fù)荷控制系統(tǒng)的算法方案選擇
    當(dāng)前工控領(lǐng)域中流行的控制算法很多，各種算法各有自己的長(zhǎng)處和不足，以下就對(duì)幾種常用算法進(jìn)行比較，并根據(jù)智能負(fù)荷控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，確定其中一種算法。
1.1脈寬調(diào)制（PWM）控制
    脈寬調(diào)制廣泛應(yīng)用于可控硅功率輸出控制和直流轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)控制，其原理是通過(guò)調(diào)節(jié)控制脈沖的占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率或者直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，由于行業(yè)中喂料系統(tǒng)大量使用變頻調(diào)速，因此不利于使用脈寬調(diào)制的控制模式。
1.2模糊控制
    模糊控制是一種基于語(yǔ)言型的控制規(guī)則，根據(jù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專家的知識(shí)，設(shè)計(jì)中無(wú)需建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，其控制機(jī)理和策略易于接受與理解。模糊控制對(duì)數(shù)學(xué)模型難以獲取、動(dòng)態(tài)特性不易掌握或變化顯著的對(duì)象適用，適用于多輸入、多輸出的復(fù)雜系統(tǒng)。一個(gè)模糊控制系統(tǒng)的性能取決于模糊控制器的結(jié)構(gòu)、所受用的模糊規(guī)則、合成護(hù)理算法以及模糊決策的方法等因素。
1.3 PID控制
    PID控制器是一種線性控制器。它根據(jù)給定值與實(shí)際輸出值的偏差寫成傳遞函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，所以PID控制器的參數(shù)整定必須針對(duì)某一模型已知、系統(tǒng)參數(shù)已知的系統(tǒng)。在工程實(shí)際應(yīng)用中，PID控制器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。
    智能負(fù)荷控制系統(tǒng)是針對(duì)粉碎機(jī)負(fù)荷控制設(shè)計(jì)，控制對(duì)象是交流變頻調(diào)速控制器，被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)均屬已知。模糊控制器雖有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)龐大，不易實(shí)現(xiàn)。綜上所述，控制算法方案選擇PID控制。
2、智能負(fù)荷控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
    驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)荷會(huì)隨著原始料性（黏性或干性）或喂料量的不同而發(fā)生改變，如前所述，人工負(fù)荷調(diào)控是采用手工控制粉碎機(jī)喂料量來(lái)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)荷。參照人工調(diào)控模式，智能負(fù)荷控制模型是：驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)荷偏大時(shí)，減少物料喂人量一驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)荷下降；負(fù)荷過(guò)小，則加大物料喂入量一驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)荷增加。智能控制系統(tǒng)通過(guò)采集驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)時(shí)負(fù)荷，與設(shè)定負(fù)荷進(jìn)行比較，判斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作狀態(tài)，運(yùn)用PID控制算法的結(jié)果自動(dòng)調(diào)節(jié)物料喂入量，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)荷的自動(dòng)調(diào)節(jié)。根據(jù)這一功能要求，系統(tǒng)應(yīng)包含顯示、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)輸入、負(fù)荷采樣、輸出控制等功能模塊，最終確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖l所示。
2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)將系統(tǒng)硬件規(guī)劃為5大模塊，硬件設(shè)計(jì)以經(jīng)濟(jì)和可靠為原則，選擇常用芯片完成硬件設(shè)計(jì)，具體包含：CPU、A/D采樣模塊、參數(shù)設(shè)置及存儲(chǔ)模塊、D/A變頻器控制模塊、鍵盤和顯示模塊。
2.2.1A/D采樣模塊
    利用互感器采集粉碎機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)三相電流的變化，并將其轉(zhuǎn)化為0—5V的直流電平變化，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換后，為CPU提供驅(qū)電機(jī)負(fù)荷變化的判別運(yùn)算依據(jù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的在線顯示。本系統(tǒng)選用8通道8位芯片AD0809，價(jià)格低廉、性能可靠。
2.2.2參數(shù)設(shè)置及存儲(chǔ)模塊
    在系統(tǒng)調(diào)試和參數(shù)設(shè)置過(guò)程中，需修改和保存所設(shè)置參數(shù)且掉電時(shí)數(shù)據(jù)不丟失，選擇X5045芯片，有4kbit的EEPROM，電可改寫和掉電數(shù)據(jù)不丟失，滿足額定負(fù)載值及PID算法中的Kp、Ti和TD參數(shù)的存儲(chǔ)要求，同時(shí)還有上電復(fù)位和看門狗的功能。
2.2.3D/A輸出變頻器控制模塊
    選擇D/A轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻器電壓轉(zhuǎn)速控制模式，D/A模塊輸出電平的變化，變頻器的轉(zhuǎn)速輸出也相應(yīng)變化。為符合電壓匹配、位數(shù)精度足夠的要求，選用12位AD558數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，其工作及輸出電壓可以達(dá)到16V以上，滿足變頻器0~10V范圍的控制電壓要求。