【正文】 與調(diào)節(jié)。 昆明理工大學信息工程與自動化學院的王清海等在鍋爐溫度控制研究中將神經(jīng)網(wǎng)絡 PID 與 LabVIEW 人及交互結合，實現(xiàn)對鍋爐溫度的數(shù)據(jù)采集、控制和現(xiàn)實，提高了鍋 爐溫控系統(tǒng)的效率。這種發(fā)生器需要將其精度控制在177。其中數(shù)字 PID 節(jié)器的參數(shù)可以在現(xiàn)場實現(xiàn)在線整定，因此具有較大的靈活性，可以得到較好的控制效果。 在控制技術高速發(fā)展的今天，由于 PID 控制算法簡單、可靠性高等特點，它在工業(yè)過程控制中仍然占有主導地位。 20 世紀 60 年代，基于最優(yōu)化技術的控制器設計方法在解決各種不同設計問題上顯示出了其優(yōu)勢。借助于模擬計算機的幫助，能較為方便的檢測時域響應指標。 20 世紀 30～ 40 年代，經(jīng)典的頻域設計法得到了很快的發(fā)展。究其原因是熱電偶的微小信號受到了周圍電磁信號的干擾導致設備無法正常工作。如鹽霧實驗對傳感器的抗腐蝕性要求較高，交變濕熱實驗對傳感器及其外圍電路的絕緣性要求較高，而力學實驗則對傳感器結構的堅韌性提出要求。對于個別分子來說，溫度是沒有意義的。國際單位為 熱力學溫標 (K)。 Temperature controller。 本文研究開發(fā)的抗干擾熱電偶控溫器，從電路設計、 PCB 電路板布局布線、到軟件設計等方面，對熱電偶工作的干擾信號進行濾波處理，使這一熱電偶控溫器能夠在復雜的電磁環(huán)境下穩(wěn)定、可靠地工作。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結構卻大致相同，通常由 熱電極、絕緣套保護管和接線盒等主要部分組成。 Cold junction pensation。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點（零點）和測量溫度的 基本單位 。溫度是大量分子熱運動的集體表現(xiàn)，含有統(tǒng)計意義。在溫度測量時，不同實驗條件對要選用的溫度傳感器提出了不同要求。具體表現(xiàn)在，當測試設備工作在實驗室環(huán)境時，能較為準確的測量實驗室溫度；但到了工作現(xiàn)場，在數(shù)十臺電子設備同時工作的強干擾環(huán)境，熱電偶測溫設 備就會出現(xiàn)較大誤差甚至出現(xiàn)沒有數(shù)據(jù)的情況。隨后， PID 控制器就以其結構簡單、對模型誤差具有魯棒性以及易于操作等特點，在大多 數(shù)控制過程中能夠獲得滿意的控制性能，到了 20 世紀 40 年代就已在過程控制中得到了廣泛的哈爾濱理工大學學士學位論文 2 應用。 進入 50 年代以后，發(fā)展較快的是解析法，并且定義了一些瞬態(tài)性能指標。對人造地球衛(wèi)星的控制促進了現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，最優(yōu)控制被用于去尋找非線性動態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)軌跡。 從 20 世紀 80 年代開始，在單回路 PID 控 制器中引入了參數(shù)整定和自適應控制理論， PID 控制理論從此進入了高速發(fā)展階段。前者稱為模擬 PID 調(diào)節(jié)器，后者稱為數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器。 國內(nèi)外實例 甘肅大學的趙紫靜研究了一種基于 PID 溫度控制技術的 X 射線發(fā)生器。海軍航空工程學院基礎實驗部的哈爾濱理工大學學士學位論文 3 李建海等設計了一種上位機監(jiān)控采用組態(tài)軟件，下位機采用西門子 PLC 的電路智能溫度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能控制、多控制功能為一體的綜合控制系統(tǒng)。 日本 Komatsu Electronics 公司的 Kazuhiro Mimura 對基于 PID 控制與現(xiàn)代控制理論相結合的離子化熱水器溫度控制開展了研究，結果證明這樣的溫度控制方法能夠使用比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)更的溫度傳感器，進而降低成本，提高了公司效益。 第三章 描述了控溫器的系統(tǒng)結構，詳細說明了各主要部分的功能。構建了熱電偶控溫器的測溫，控溫的總體軟件設計方案。熱 電偶 測溫 的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導體組成閉合回路，當兩端存在溫度梯度時，回路中會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢 ——熱電動勢，這就是所謂的 塞貝克效應 (Seebeck effect）。 圖 21 熱電偶實體圖 熱電偶同時又分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。其中 S、 R、 B 屬于貴金屬熱電偶， N、 K、 E、 J、 T 屬于廉金屬熱電偶。 K 型熱電偶偶絲為鎳鉻 鎳硅，型號為 wrn，分度號為 K，基本誤差限為 ％ t（ t 是感溫元件實測溫度值） 。 熱電偶實際上是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個問題： 一是 熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數(shù)； 二是 熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小， 當熱電偶的材料是均勻時 ， 與熱電偶的長度和直徑無關，只與熱電偶材料的成份和哈爾濱理工大學學士學位論文 7 兩端的溫差有關 。當兩端溫度不同時就會有熱電勢產(chǎn)生，它是測量溫度的感溫元件，將溫度信號轉換為電信號再由儀表顯示出來。對應一定材質(zhì) ,其兩端的溫度與熱電勢間有固定的函數(shù)關系 ,利用這個關系就可以測出溫度值來。電橋的三個橋臂為三個標準電阻，另外一個橋臂是由（銅）熱電阻組成。測量范圍廣 ,常用的熱電偶從 50~+1600℃ 均可連續(xù)測量 ,某些特殊熱電偶最低可測到 269℃ (如金鐵鎳鉻 ）， 最高可達 +2800℃ (如鎢 錸 )。 哈爾濱理工大學學士學位論文 9 第 3章 熱電偶溫度控制系統(tǒng)的硬件設計 上一章對熱電偶的分類，測量基本原理及冷端補償方法進行了詳細的描述，本章則對熱電偶溫度控制 系統(tǒng)的硬件部分進行詳細闡述與設計。 上位機在得出測量溫度值并對溫度值進行判定：若溫度值高于限定溫度值，則發(fā)送指令，使加熱器控制電路開啟加熱器；若溫度值 低于限定溫度值，則發(fā)送指令，使制冷電路開啟液氮回路。 圖 31 熱電偶控溫器系統(tǒng)結構 系統(tǒng)的信號選通及 A/D 轉換電路 熱電偶測溫，控溫電路一般是多通道的，不可能對每一路分別處理顯 AT89S 52 上位機 A/D 轉換器 液氮回路 電源電路 選通電路 加熱控制 加熱器 制冷控制 熱電偶 哈爾濱理工大學學士學位論文 10 示。這樣， A A A A0 的組合即可實現(xiàn) 16 路信號中任一信號到達芯片輸出端，從而實現(xiàn)了多路信號的單路選通。 表 31 HI546 真值表 A3 A2 A1 A0 EN “ ON ”CHANNEL X X X X L NONE 哈爾濱理工大學學士學位論文 11 L L L L H 1 L L L H H 2 L L H L H 3 L L H H H 4 L H L H H 5 L H H L H 6 L H L L H 7 L H H H H 8 H L L L H 9 H L L H H 10 H L H L H 11 H L H H H 12 H H L L H 13 H H L H H 14 H H H L H 15 H H H H H 16 單片機以及上位機處理的信息必須為數(shù)字量，但是熱電勢信號為連續(xù)變化的模擬信號，因此必須對模擬信號進行 A/D 轉換。在本設計中我們采用 AT89S52芯片。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。作為輸出口，每位能驅(qū)動8 個 TTL 邏 輯電平。 在 flash編程 時， P0 口也用來接收指令字節(jié) ；在 程序 校驗時，輸出指令字節(jié)。對 P2 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。在使用 8 位引腳號 功能 T2（定時器、計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入），時鐘輸入 T2EX(定時器，計數(shù)器 T2 捕捉重載觸發(fā)信號和方向控制 ) MOSI(在系統(tǒng)編程用 ) MISO(在系統(tǒng)編程用 ) SCK(在系統(tǒng)編程用 ) RXD(串行輸入 ) TXD（串行輸出） INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) T0（定時器 0 外部輸入） T1（定時器 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） 哈爾濱理工大學學士學位論文 14 地址（如 MOVXRI）訪問 外部數(shù)據(jù) 存儲器時， P2 口輸出 P2鎖存器 的內(nèi)容。 串行數(shù)據(jù)通信 所謂串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位地在一位寬的傳輸線上，一比特一比特的順序分時序傳送。并且串行通信線只需一根或幾根數(shù)據(jù)傳輸線（兼做地址線、控制線），不僅可以大大降低硬件成本，同時也有利于系統(tǒng)的擴展設計，所以串行通信廣泛應用于單片機測控中。 它能交替地進行雙向數(shù)據(jù)傳送，即 A 可以作為發(fā)送 器，也可以作為接收器，設備 B 也是如此。某一時刻 A 作為發(fā)送器， B 作為接收器，數(shù)據(jù)流由 A 流向 B。因此，它能在兩個方向上同時進行數(shù)據(jù)傳輸，即 A 向 B 發(fā)送的同時， B 也可以向 A 發(fā)送。 但是，在實際應用中，盡管多數(shù)串行通信接口電路具有全雙工功能，但一般情況下，只工作于半雙工制式下，這種用法簡單、實用。 RS232C 總線 標準設有 25 條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道。 例如，采用 150pF/m 的通信電纜時，最大通信距離為 15m；若每米電纜的電 容量 減小，通信距離可以增加。實際上還有一根信號地線，共 5 根線。 RS422 四線接口由于采用單獨的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（ XON/XOFF 握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線）。一般 100 米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為 1Mb/s。 RS422 是差模傳輸，抗干擾能力強，能傳 1200 米 RS232 最多傳輸15 米。隨后出現(xiàn)的RS485 解決了這個問題。很多情況下，連接 RS485 通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的 “A”、 “B”端連接起來。 問題：發(fā)送驅(qū)動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地），就會以輻射的形式返回源端，整個 總線 就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。 至少 在低 端市場RS485/MODBUS 還將是最主 要 的組網(wǎng)方式，近兩三年內(nèi)不會改變。 PID 是一種連續(xù)控制方式， PID 主要解決了系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性和靜態(tài)精度的矛盾。對電爐絲通斷 控制采哈爾濱理工大學學士學位論文 20 用 SSR40DA 固態(tài)繼電器 ， 使用非常簡單 ， 只要在控制端 1TTL 電平 ， 即可實現(xiàn)對繼電器的開關 ， 使用時接 NPN 型三極管構成射極輸出器電路，以提高驅(qū)動電流。 PID 控制器 的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的核心內(nèi)容 ， 根據(jù)被控過程的特性確定 PID 控制器的比例系數(shù)、積分時間 和微分時間的大小。初始化程序初值 en1 =en2=0 通過采樣并根據(jù)參數(shù) Kp KD K1 以及 en， en1，en2 計算 △ un。在系統(tǒng)的信號選通電路 ， A/D 轉換電路，單片機 ,串行數(shù)據(jù)通信，溫度控制電路等方面做了詳細闡述和設計。以實現(xiàn)精確控溫的目的。等待中央處理器與上位機的定時通信，將存儲的數(shù)據(jù)一并送入上位機，在上位機完成數(shù)字信號的處理。然后進行下一循環(huán)溫度測量與控制，直至接到退出命令?？紤]到測溫、控溫過程的滯后性，一般取控溫范圍變化幅度的一半作為目標控溫范圍。這樣，利用目標控溫范圍與要求控溫范圍的差距來彌補溫度控制過程的滯后性，減小控溫誤差。在電路工作中，通過查表得出對應熱電勢下的溫度值，這樣求解 溫度有一個 明顯的缺點，當溫度范圍較大或者溫度分點較密時，將占用較大的內(nèi)存空間。查表法采用對分查表法，既節(jié)省機時有無需太多要求。 數(shù)字濾波器 可以分為兩大部分：即經(jīng)典濾波器和現(xiàn)代濾波器。在實際使用時，排序的周期的數(shù)量要選擇適當，如果選擇過小，可能起不到去除干擾的作用，選擇的數(shù)量過大，會造成 采樣數(shù)據(jù) 的時延過大，造成系統(tǒng)性能變差。實際使用時要選擇合理的 Q 值，過高過低都不能達到目的。 模糊控制算法 模糊邏輯控制 (Fuzzy Logic Control)簡稱模糊控制 (Fuzzy Control)，是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數(shù)字控制技術。 模糊控制實質(zhì)上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。其典型應用的例子涉及生產(chǎn)和生活的許多方面，例如在家用電器設備中有模糊洗衣機、空調(diào)、微波爐、吸塵器、照相機和攝錄機等；在工業(yè)控制領域中有水凈化處理、發(fā)酵過程、化學反應釜、水泥窯爐等的模糊控制；在專用系統(tǒng)和其它方面有地鐵靠站停車、汽車駕駛、電梯、 自動扶梯 、蒸汽引擎以及機器人的模糊控制等 。 、掌握的較理想的非線性控制器，具有較佳的適應性及強健性 (Robustness)、較佳的容錯性 (Fault Tolerance)。 本章小結 本章首先構建了熱電偶控溫器的測溫、控溫的總體軟件設計方案。 本論文的主要完成了以下工作： 第一章簡要說明了本課題的研究背景，以及在熱電偶測溫領域國內(nèi)外