【正文】 可能采用實用、易實現、簡潔的方案，因為方案簡潔意味著所用環(huán)節(jié)少，可靠性高，而且也比較經濟。所謂可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內完成規(guī)定功能的能力。 檢定爐溫度控制系統(tǒng)設計軟件分析 本論文設計開發(fā)的基于虛擬儀器的檢定爐溫度控制系統(tǒng)，根據從總體到局部的設計原則，通過對系統(tǒng)功能的分析，將整個系統(tǒng)分解為實現不同功能的幾個部分，然后分別對每個部分設計。 在本系統(tǒng)的開發(fā)過程中，將整個系統(tǒng)分解為兩個相互關聯的部分，其中溫度信號采集系統(tǒng)是采用虛擬儀器技術設計的。通過以上分析可知在系統(tǒng)的設計過程中，該系統(tǒng)的設計主要是軟件程序的設計，所以軟件的開發(fā)質量也將決定溫度控制系統(tǒng)的性能好壞。 微 型 計 算 機熱 電 偶檢 定 爐雙 向 可 控 硅實 際 溫 度設 定 溫 度 圖 將微型計算機簡略為控制器，將電阻爐、雙向 可控硅歸并為被控對象，由于熱電偶是將溫度信號轉化為電壓信號 ，所以略去熱電偶，使系統(tǒng)進一步簡略，可以得到系統(tǒng)控制原理圖如圖 所示，圖中輸入信號：為設定溫度，輸出信號 Y 為實際溫度， e 為誤差， u 為控制信號。本論文的被控對象檢定爐是一種能自衡的對象，將 檢定 爐爐膛內的溫度作為唯一變量。式 (318 )即是被控對。 02 KTTQ R?? （ 311） 式中， T0為周圍環(huán)境溫度， R 為檢定爐的熱阻 (絕緣材料及爐內、外部流動氣體產生的 )。 控 制 器 被 控 對 象yuer 圖 系統(tǒng)控制原理圖 設計整定 PID控制器的基礎是要對被控對象進行數學建模，它需要確定被控對象數學模型中的參數。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 被控對象數學建模 檢定爐溫度控制系統(tǒng)設計的重點在溫度控制部分，根據檢定爐的溫度特性，采用 PID控制器來實現對檢定 爐溫度的控制。它可以通過軟件實現許多由傳統(tǒng)儀器硬件所實現的功能，這是虛擬儀器“軟件就是儀器”最根本的體現。溫度信號采集系統(tǒng)由硬件和軟件兩個部分組成。 (5)易操作性原則。本論文所開發(fā)的基于虛擬儀器技術的溫度控制系統(tǒng)，采用 PCDAQ 虛擬儀器系統(tǒng)，正是由于此系統(tǒng)成本低。 (3)經濟性原則。 (2)可擴展性原則。 檢定爐溫度控制系統(tǒng)設計原則 本論文研究開發(fā)基于虛擬儀器的 檢定 爐溫度控制系統(tǒng)，要開發(fā)出好的控制系統(tǒng)，首先要進行整個系統(tǒng)的總體設計。但內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 過小的積分常數會加劇系統(tǒng)振蕩，甚至使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。隨著比例系數 Kp的增大，穩(wěn)定誤差逐漸減小，但同時動態(tài)性能變差，振蕩比較嚴重，超調量增大。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 比 例積 分微 分被 控 對 象+C ( t )r ( t )e ( t )u ( t ) 圖 PID控制原理圖 理想的 PID 控制器根據給定值 r(t)與實際輸出值 c(t)構成的控制偏差 e(t) ( ) ( ) ( )e t r t c t?? （ 37） 將偏差的比例、積分和微分通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制。 實際運行經驗和理論分析都表明 PID控制能滿足相當多工業(yè)對象的控制要求．至今仍是一種應用最廣泛的控制算法。 (2)同名極比較法 :將同型號的標準熱電偶與被檢熱電偶工作端捆在一起，在固定點上 進行電極的比較。檢定可采用下列三種方法的任意一種方法。當前階段，實驗室人員 熱電偶檢定要求 溫度來調節(jié) 檢定 爐的輸入 電 流 以實現對 檢定 爐的溫度控制，一般的有兩種方法 :第一種就是手動調壓法：此種方法在當今試驗室中比較普遍，這種方法的缺點是控制過程中必須有試驗人員在場，浪費人力資源，控制精度依賴于試驗者的調節(jié)，控制精度不高。由此可見，當保持熱電偶冷端溫度 T0不變時，只要用儀表測得熱電勢 EAB(T ， T0)，就可求得 被測溫度。 (3)熱電偶閉合回路的總電勢 如圖 所示的熱電偶閉合回路中將產生兩個溫差電勢 EA(T， T0) 、 EB(T， T0)及兩個接觸電勢 EAB(T)、 EAB(T0)。 (2)單一導體中的溫差電勢 溫差電勢是基于湯姆遜效應產生的，即同一導體的兩端因其溫度不同而產生的一種熱電勢。 () ATAB BTNKTE T LneN? 00 0() ATAB BTNkTE T LneN? （ 31） 式中， e為單位電荷， e=* 1019 C； K為玻耳茲曼常數， K=*1023 J/K。電子擴散的速率與自由電子的密度和所處的溫度成正比。內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） (4)測量端的熱擴散 [23]。實踐證明熱電偶的熱電特性因應力的影響而發(fā)生變化。但在高溫氣氛中使用時，隨著鉻的揮發(fā)，原先不具有親磁性的鎳鉻極，在測量端會出現親磁性。 (2)熱電極中某些元素的選擇性氧化。若熱電極材料 不均勻，兩熱電極又處于溫度梯度中，則熱電偶回路中就會產生一個附加電勢。后者因與工藝或生產過程有關，這里不再贅述，只討論前面 2 個原因。我國 從 1988 年 1月 1日起，熱電偶全部按 IEC 國際標準生產，并指定 S, B,E, K, R, J, T 七種標準熱電偶為我國統(tǒng)一設計型熱電偶。 ATB12 圖 常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。AB(T, T0)。對熱電溫度計的理論和特性如果不作較深入的了解，不僅其潛力不能充分發(fā)揮，往往還會發(fā)生選配錯誤和使用不當，造成較 大的測量誤差。網絡化的虛擬儀器可以為遠程故障診斷提供形象生動的現場資源，增強臨場感。從日本的 Honda 汽車測試、澳洲的心臟起搏器設計 /驗證，到英國電信電話線路性能測試，全世界數以 萬計的工程師和科學家們都在使用 NI的產品達到他們共同的目的 — 更快、更好、更省錢。通過儀器驅動程 序可以與大多數儀器進行通訊。另外，它還有一個多線程和用于最大限度提高系統(tǒng)性能的優(yōu)化圖形編輯器。先進的內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） ActiveX 技術融合了簡單的拖動編程方法，儀器控制和數據采集在開發(fā)向導的引導下變得十分簡單，使用戶十分容易地開發(fā)自己的儀器，并將其立即投入使用。在流程圖中對 VI進行編程，以控制和操作定義在前面板上的輸入和輸出功 能。 LabV IEW 簡化了虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)過程，縮短了系統(tǒng)的開發(fā)和調試周期，它讓用戶從煩瑣的計算機代碼編寫中解放出 來，把大部分精力投入系統(tǒng)設計和分析當中，而不再拘泥于程序細節(jié)。其開發(fā)環(huán)境下提供的應用程序有 180 多種，除了具備其它語言所提供的常規(guī)函數功能和上述的生成圖形界面的大量模板外，內部還包括許多特殊的功能庫函數和開發(fā)工具庫以及多種以及設備驅動功能。這種思想對從根本上改變傳統(tǒng)實驗教學方法，降低實驗室建設與管理成本，實現遠程實驗教學具有重要的參考價值 [16]。 (3)實驗室應用 電子儀器與測試實驗室是高等工科院校必備的教學實驗條件。即使像數字萬用表，發(fā)生器等基礎測量儀器，國產的與進口的產品在功能上，易用性方面仍存在差距。 (2)儀器產業(yè)改造 儀器制造業(yè)是代表一個國家科技和工業(yè)發(fā)展水平的一個重要領域。許多生產第一線的工程師熟悉設備與工藝流程，但是不具備程序員的專門編程能力，往往控制系統(tǒng)軟件 是 交給研究人員或大學程序員編寫的，軟件設計與使用脫節(jié)。從總體上而言，虛擬儀器是測量測試領域的一個創(chuàng)新概念，改變了人們對儀器的傳統(tǒng)觀念，適應了現代測試技術的網絡化、智能化發(fā)展趨勢。它功能強大，可實現示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號校正器等多種普通儀器全部功能，配以專用探頭和軟件還可以 檢測特定系統(tǒng)的參數，如汽車發(fā)動機參數、汽油標號、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數等多種數據 。虛擬儀器軟件對于將這些技術尖端的硬件組成變成實際可用的儀器系統(tǒng)是必不可缺的。用戶可以通過虛擬儀器來簡化一臺復雜的獨立儀器的操作，虛擬儀器也可以只作為集中控制儀器的一個部分，只實現其中的一部分功能，其使用是相當靈活的。虛擬儀器在性價比、靈活性以及用戶使用方便方面，具有傳統(tǒng)儀器不可比擬的優(yōu)勢。這樣，在每個分面板上就可以實現功能操作的單純化與面板布置的簡潔化，從而提高操作的準確性和便捷性。以美國 NI 公司的軟件產品 LabVIEW內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 和 Lab Windows/CVI 為代表的虛擬儀器專用開發(fā)平臺是當前流 行的集成開發(fā)工具。其中，PCI總線虛擬儀器是構成 VI的最基本的方式，也是最廉價的方式。 (5)串口總線虛擬儀器 :通用串行總線 (Universal Serial Bus， USB)具有傳輸速率高、支持異步和等時傳輸等特點。 VXI 總線虛擬儀器因其集成化、標準化、快速的數據傳輸能力和良好的電磁兼容性而迅速發(fā)展， 將會成為未來計算機儀器發(fā)展的主流。它目前是儀器、儀表及測控系統(tǒng)與計算機互連的主流并行總線。 (1) PCI 總線虛擬儀器：這種方式是借助于插入計算機 接口擴展槽中的功能板卡與專用的軟件相結合而實現的具有特定功能的測試儀器。一個由通用儀器硬件平臺和應用軟件組成的復雜系統(tǒng)，虛擬儀器的結構如圖 所示。由于電子技術、計算機技術和網絡技術的高速發(fā)展及其在電子測量技術與儀器領域中的應用，電子測量儀器領域出現了一種全新的儀器 —— 虛擬儀器。隨著微電子技術的發(fā)展和微處理儀表的普及，以微處理器為核心的第四代儀器迅速普及。 (3)第三代數字化儀器。是以電磁感應基本定律為基礎的指針式儀器，如指針式萬用表、指針式電壓表、指針式電流表等。 智能控制自 20 世紀 70年代提出以來，一直是當代科學技術中一個十分活躍和具有內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 挑戰(zhàn)性的 領域。 虛擬儀器的發(fā)展 隨著計算機技術的發(fā)展，傳統(tǒng)儀器開始向計算機化的方向發(fā)展?！败浖褪莾x器”是虛擬儀器概念最簡單，也是最本質的表述。虛擬儀器方便設計用戶內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 界面和數據采集功能， 通過傳統(tǒng) PID算法 實現對 檢定 爐溫度的實時控制并取得良好的控制效果， 是本文研究的重點。本文主要 論述了 檢定爐溫度控制系統(tǒng)的課題目的、意義，溫度控制 系統(tǒng)的國內外發(fā)展概況及本論文的主要內容并對電阻爐溫度控制特點進行了簡要分析 ； 介紹了虛擬儀器技術及本論文中用到的智能控制方法。其優(yōu)點是開發(fā)環(huán)境優(yōu)越，技術難度和工作量小，檢定精 度高，人機交互界面友好，功能齊全完善，故易于推廣使用。其優(yōu)點是體積小，成本低，儀表自動化程度高。上個世紀末國內電子儀器儀表市場幾乎完全被國外擁有先進技術的產品所占領。由于具有以上優(yōu)點，所以 檢定爐溫度控制 系統(tǒng)是各計量部門、科研單位及有關工廠實現計量檢定和產品檢驗自動化的理想設備。應用計算機進行熱電偶自動檢定與傳統(tǒng)的人工操作相比，具有工作效率高、節(jié)約能源 、 消除人為誤差、使測量結果更趨于真值等優(yōu)點 [5]。由于傳統(tǒng)的熱電偶檢定方式效率的低下而且精確度低，已無法滿足現代化企業(yè)對溫度計量上的需要，由此便給我們提出了新的研究課題：要求我們設計一套只需工作人員作簡單設定和接線后，便 不再需要人參與，而由系統(tǒng)自動完成對熱電偶檢定工作的內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 檢定系統(tǒng) [3]。這就導致了許多檢 定儀器的利用率很低，而且接線非常繁雜。在工業(yè)熱電偶檢定過程中，檢定爐的溫度控制的好壞對熱電偶檢定起關鍵作用。分析法是以現代熱電理論 (非平衡態(tài)熱力學、內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 量子力學應用于熱電效應的理論 )為指導，綜合冶金、物理、化學理論與經驗規(guī)律來進行熱電偶合金的性能研 究和綜合設計。 幾十年來，對煉鋼過程的精煉溫度、出鋼溫度、澆鑄溫度的測定和控制技術的探求，不僅推動了對新型熱電偶材料的探索，而且促使對有關熱偶絲的站污、劣化變質、高溫脆性和不均勻性等問題的研究日益深入。這個階段的特點是對材料熱電特性的研究十分重視。時間從 1821 年起到第一次世界大戰(zhàn)，經歷了整整一個世紀。intelligent control 內蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 目 錄 摘 要 ......................................................................................................................................... I Abstract....................................................................................................................................... II 第一章 緒論 .............................................................................................................................. 1 研究背景 ...............................................