【正文】 號(hào)的復(fù)用電量測(cè)試儀，在計(jì)算機(jī)的協(xié)調(diào)控制下，完成熱電偶自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集過(guò)程。 ℃。 可控硅是一種大功 率半導(dǎo)體元器件，它具有體積小、效率高、可以控制、動(dòng)作迅 8 速、無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)，是用來(lái)調(diào)整交流電壓以控制電加熱器的加熱功率，在溫度控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件。 系統(tǒng)中使用可控硅調(diào)壓器移相觸發(fā)控制電路，把模擬控制信號(hào)變?yōu)槭杳茏兓拿}沖列，改變可控硅的導(dǎo)通角θ，就可以控制檢定爐中電流的大小，從而實(shí)現(xiàn) 對(duì)爐溫的控制。 在熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)中，上位計(jì)算機(jī)扮演著管理控制者的重要角色。本系統(tǒng)最多可同時(shí)檢測(cè) 8支不同型號(hào)的熱電偶，同一時(shí)刻多路切換開(kāi)關(guān)只能有其中 l路導(dǎo)通。 冷端測(cè)溫鉑電阻標(biāo)準(zhǔn)熱電偶被測(cè)熱電偶多路切換開(kāi)關(guān)FLUKE 289 數(shù)字測(cè)量?jī)x檢定爐可控硅電路 觸發(fā)器數(shù)字量輸出接口板通信口D / A 接口板顯示器測(cè)量部分控制部分上位機(jī) 10 第 3 章 熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)從電氣原理上可分為控制部分和測(cè)量部分。繼電器是通道導(dǎo)通的執(zhí)行元件，數(shù)字量輸出接口卡是繼電器通斷的控制元件。 該卡上的開(kāi)關(guān)量輸入為 16路，輸出為 16路，采用兩組分別共地方式。 3) 輸入信號(hào)電流消耗：≥ 5mA/每路 4) 輸出路數(shù)及電氣連接方式： 16路共地 (共陰 )方式。 8) 電源功耗： +5V（177。由于本卡采用集電極開(kāi)路輸出，輸出電流大，故可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器 (SSR)等外接控制器件， 14 也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。當(dāng) CPU對(duì)設(shè)定的一個(gè) I／ O地址執(zhí)行一次寫(xiě)操作，就送出了一組 (8路 )輸出 信號(hào)。初始地址的選擇范圍一般為 0100H～036FH之間。輸入輸出插座接口定義見(jiàn)表 。 表 開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)數(shù)據(jù)格式 端口地址 操作指令 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 基地址 +0 讀 CH7 CH6 CH5 CH4 CH3 CH2 CH1 CH0 基地址 +1 讀 CH15 CH14 CH13 CH12 CH11 CH10 CH9 CH8 基地址 +2 寫(xiě) CH7 CH6 CH5 CH4 CH3 CH2 CH1 CH0 基地址 +3 寫(xiě) CH15 CH14 CH13 CH12 CH11 CH10 CH9 CH8 該卡的驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) (DLL文件 )。 17 圖 3． 3 采樣子系統(tǒng)連線示意圖 溫度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)中檢定爐溫度控制子系統(tǒng)原理框圖如 。如直流電機(jī)的調(diào)速、調(diào)壓、充電，電阻爐的溫度控制等。移相范圍 0～ 180176。 接線方法：觸發(fā)板接線端子與外圍信號(hào)的連接如圖 。對(duì)于模出部分，用戶可根據(jù)控制對(duì)象的需要選擇電壓或電流輸出方式以及不同的量程。出廠時(shí)本卡的基地址設(shè)為 0100H，并從基地址開(kāi)始占用連續(xù) 8個(gè)地址 ［ 8］ 。 (2)D/A滿度調(diào)整：將 D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)置為 FFH，適當(dāng)調(diào)整 W8(D/A0)、 W11(D／ A1)使輸出為 5V。 由于 ISA總線具有軟件支撐特別豐富、 CPU功能強(qiáng)、市場(chǎng)上各種 I／ O模板極其豐富、各種高檔的圖形顯示控制卡及其支持軟件齊全、 PC機(jī)的價(jià)格較為低廉、 PC機(jī)聯(lián)網(wǎng)極為方便。 熱電偶的檢定爐的物理模型分析 爐溫控制的準(zhǔn)確度不但取決于控制器本身的準(zhǔn)確度和 性能，也取決于它所控制對(duì)象的特性。 作為溫控對(duì)象的檢定爐，對(duì)其進(jìn)行溫度控制的實(shí)質(zhì)應(yīng) 該是加熱與散熱的動(dòng)態(tài)平衡。 24 在保溫層一定情況下，檢定爐溫度越高則散熱量越大，△ QS與△ T有線性關(guān)系： TQTQ ss ????? （ ） 將 ()代入 ()則： dtTAdTQTQ sj ??????? （ ） 令 )(1 TQAK s ??? ， sQTK ???2 ，代入 ()，則整理后得： jQKTdtTdK ????? 21 （ ） 式中， Kl為時(shí)間常數(shù)， K2為溫度相對(duì)于散熱量的放大系數(shù)。 對(duì)于不同的被控對(duì)象， T、 K、τ的數(shù)值有所不同，對(duì)于同一臺(tái)檢定爐，它們的值也隨爐溫的變化而改變 ［ 10］ 。實(shí)驗(yàn)表明，在熱電偶檢定系統(tǒng)中，采用常規(guī)的 PID控制算法，會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)，溫度雖然最后能夠穩(wěn)定下來(lái)，但調(diào)節(jié)時(shí)間很長(zhǎng)，很難達(dá)到用戶提出的技術(shù)指標(biāo)。在式()中，令△ e(k)=e(k)e(k1)，則有 26 ])()()([)(0?????? ki dip TkeTieTTkeKku （ ） 在式 ()中，令 Ki=Kp/Ti， Kd=KpKd，則有 T keTieTkkeKkuki diP)()()()(0???? ?? （ ） 為了避免在求取控制量 u(t)時(shí)對(duì)偏差求和運(yùn)算，在實(shí)際應(yīng)用中通常采用增量式： △ u(k)=u(k)一 u(k1) () 由于 )1()()1()1(10 ??????? ??? keTTieTkkeKku kidiP () 并且 △ e(k)=e(k)e(k1) △ e(k1)=e(k1)e(k2) 所以有 )2()1(2)([)()]1()([)( ?????????? kekekeTKkTeKkekeKku diP （ ） 模糊控制 摸糊控制系統(tǒng)是采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字模糊控制系統(tǒng)。過(guò)程輸入輸出通道一般指模／數(shù) (A／ D)、數(shù)／模 (D／ A)轉(zhuǎn)換單元和接口部件，電平轉(zhuǎn)換裝置及多路開(kāi)關(guān)等。 模糊推理決策解模糊（模糊判決）模糊化過(guò)程實(shí)際輸入（量化 因子）實(shí)際輸出（比例因子）數(shù) 據(jù) 庫(kù) 規(guī) 則 庫(kù) 圖 模糊控制器功能模塊 模糊控制器由模糊化模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)構(gòu)成的知識(shí)庫(kù)、模糊推理模塊和解模糊模塊組成 ［ 12］ 。 表 模糊化結(jié)果 變量 e ec △ kP △ k1 △ kd 語(yǔ)言變量 E EC △ KP △ K1 △ KD 基本論域 [5 5] [1 1] [ ] [ ] [ ] 模糊子集 模糊論域 [6 6] [6 6] [6 6] [6 6] [6 6] 量化 /比例因子 6/5= 6/1=6 檢 定 爐P I D 控 制 器d e / d t模 糊 控 制 器CR +ee c 圖 模糊 PID參數(shù)自整定控制器的結(jié)構(gòu) 選擇各變量的隸屬度函數(shù)為均勻三角函數(shù)，這根據(jù)表 如圖 。KP取值過(guò)小，則會(huì)降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度變慢，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性變壞。 (3)微分作用系數(shù) KD的作用是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，其作用主要是在響應(yīng)過(guò)程中抑制偏差向任何方向的變化，對(duì)偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)。 (2)當(dāng) |e|和 |ec|處于中等大小時(shí)，為了使系統(tǒng)響應(yīng)具有較小的超調(diào) ,KP應(yīng)取小一些， KI取值適當(dāng)， KD的取值對(duì)系統(tǒng)影響較大，取值適中，以保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 模糊推理及解模糊化 模糊推理是不確定性推理方法的一種，其基礎(chǔ)是模糊邏輯，推理方法有 Zadeh方法、 Mamdani方法和 Baldwin方法等，采用 Mamdani方法推理方法進(jìn)行推理 (極大極小值法 )。339。39。 iiii CA N D BAA N D BAC ?? ? 可以寫(xiě)成 )]()([ iiii CBBCAA ?? ??? 其隸屬度函數(shù)為： ]}[{]}[{ 39。 CBiBCAiA ??????? ??????? ? （ ） 幾何意義為：分別在不同的規(guī)則中 ，用各自推理前件的總隸屬度，去切割本推理規(guī)則中后件的隸屬度函數(shù)，以得到輸出結(jié)果，最后對(duì)所有的結(jié)論進(jìn)行模糊邏輯和，即并運(yùn)算，得到總的推理結(jié)果 (前件選最小值 )。 表 △ KP模糊查詢表 ec 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 e 6 6 6 6 5 4 4 4 3 3 2 0 0 0 5 6 6 6 5 4 3 3 3 3 2 0 1 1 4 6 6 6 5 4 3 3 3 3 2 0 1 2 3 5 5 5 5 4 3 3 2 2 0 1 1 2 2 4 4 4 4 4 3 3 2 0 1 2 2 2 1 4 4 4 3 3 2 2 0 1 1 3 3 3 0 4 4 4 3 3 2 0 1 2 3 3 3 3 1 3 3 3 2 2 0 1 1 2 3 3 3 3 2 3 3 3 2 0 1 2 2 2 3 3 3 3 3 3 2 2 0 1 1 3 3 3 3 3 4 4 4 3 2 0 1 2 3 3 3 3 3 3 4 6 5 2 2 0 1 3 3 3 3 3 4 4 4 5 6 0 0 0 1 3 3 3 3 3 4 6 5 6 表 △ KI模糊查詢表 ec 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 e 6 6 5 6 4 3 3 3 3 2 1 0 0 0 33 5 5 5 5 4 3 3 3 3 2 1 0 0 0 4 6 5 6 4 3 3 2 2 2 1 0 0 0 3 5 4 4 3 3 3 2 1 1 0 2 2 2 2 6 4 3 3 2 2 2 1 0 2 3 3 3 1 4 4 3 3 2 1 1 0 2 2 3 3 3 0 3 3 3 3 2 1 0 2 3 3 4 4 4 1 3 3 3 1 1 0 2 2 3 3 4 5 5 2 3 3 2 1 0 2 3 3 3 3 4 5 6 3 1 1 1 0 2 2 3 3 3 4 5 5 6 4 0 0 0 2 3 3 3 3 4 5 6 6 6 5 0 0 0 2 3 3 3 3 4 5 6 6 6 6 0 0 0 2 3 3 4 4 4 5 6 6 6 表 △ KD模糊查詢表 ec 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 e 6 3 0 2 3 6 5 6 5 6 4 3 0 3 5 3 0 2 3 5 4 4 4 4 3 3 0 2 4 3 0 2 3 6 4 3 3 3 3 2 1 0 3 2 0 2 3 4 4 3 3 3 3 2 1 0 2 0 1 2 3 3 3 3 3 2 2 2 1 0 1 0 1 2 3 3 3 3 3 2 2 2 1 0 0 0 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 0 34 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 2 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 3 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 6 1 2 0 3 3 3 3 3 3 3 4 6 5 6 2 1 2 3 3 3 3 3 3 3 4 6 6 6 5 4 4 4 4 4 3 3 3 3 4 6 將以上三張模糊控制表裝入單片機(jī)控制系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中，根據(jù)誤差 E與誤差變化率 EC查找表中相應(yīng)的值 {Ei， ECi)，將這些參數(shù)代入 PID控制器的位置型公式可以得到公式： piipp ECEKK },{?? diidd ECEKK },{?? iiiii ECEKK },{?? )]1()([)()()( 0 ????? ?? kEkEKjEKkEKk