【正文】 再次感謝指導(dǎo)老師——王老師通過這次設(shè)計(jì)，我想我們每位同學(xué)都有很大的收獲，這都得意于老師的精心指導(dǎo)，同學(xué)的通力協(xié)作，和我們的認(rèn)真對待。這時才真正明白做一個成功的課題是多么的不容易的。PID 控制算法的基本思想就是將所獲得的偏差信號經(jīng)過比例、積分、運(yùn)算后作為新的控制量（在電液控制系統(tǒng)中位數(shù)字閥的控制量） ，即U=KP(e+1/T1+TD ) (5—1)det式中：u——PID 的輸出；e——PID 的輸入KP——比例系數(shù)控制算法模塊顯示器輸入/輸出模塊 鍵盤等TD——微分時常數(shù)其控制的簡化框圖如下圖： R(t) e(t) U(t) U 圖 52PID 控制算法簡化圖如果采樣周期取得足夠小，該算式可以很好的逼近模擬 PID 算式，因而使被控過程與連續(xù)控制過程十分接近，故式（51）可改為：u（k）= KP{e(k)+T/T1 e（j）+T/TD[e(k)e(k1)]} (52)數(shù)學(xué)表達(dá)式u(K)=u(k1)+ a0e(k)—a1e(k1)+ a22 e(k2) (53)式中 a0=KP(1+T/T1+TD/T)， a1= KP(1+TD/T) a2= KP TD/TPID 控制對象這就是 PID 位置式算法的遞推公式，其程序框圖如：圖 53PID 控制流程圖給定值、反饋值行程偏差 作[a 22e(k2) a1e(k1) ]加 a0e(k)作{[a 22e(k2) a1e(k1) ]+a0e(k)}+u(k1)}輸出 u（k）a2e(k2)減 a1 e(k1)取 ae(k)做乘法取 ac(k1)作乘法取 a0、e(k)做乘法數(shù)據(jù)傳送：u(k) u（k1）數(shù)據(jù)傳送：e（k1 ）e(k2)e(k) e(k1)用 PID 算法的控制軟件圖如下所示： N Y圖 54PID 算法控制軟件框圖定時計(jì)算 e(t)采樣及濾波定時顯示及讀系統(tǒng)命令PID 控制算法將 E(i)送往控制器定時到否7總 結(jié)兩個多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將過去，盡管設(shè)計(jì)搞的并不是很完美，但是這兩個月給我留下了深刻的印象，設(shè)計(jì)很艱辛，老師的諄諄教誨，同學(xué)的熱心幫助將使我難以忘懷，這次設(shè)計(jì)是水泥壓力試驗(yàn)機(jī)，有一定的考研性，涉及的內(nèi)容廣泛，液壓部分相對簡單，電路圖有些麻煩，PID 新接觸知識，電路部分最頭疼，時間花的多，效果并不是很好，有不當(dāng)之處，還請老師多多擔(dān)待。圖 4—12 DAC1210 單緩沖單極性電壓輸出電路由上圖分析可知，DAC1210 具有 12 位的分辨率。3)DAC1210 的輸入DAC1210 有 12 位數(shù)據(jù)輸入線，當(dāng)與 8 位的數(shù)據(jù)總線相接時，因?yàn)?CPU 輸出數(shù)據(jù)是按字節(jié)操作的，那么送出 12 位數(shù)據(jù)需要執(zhí)行兩次輸出指令。在四象限乘法 DAC 應(yīng)用中也可以是模擬電壓輸入。. IOUT2 為常量減去 IOUT1，即 IOUT1+ IOUT2=常量（固定基準(zhǔn)電壓） ，該電流等于 VREF（11/4096）除以基準(zhǔn)輸入阻抗?！猈R2—寫入 2（低電平有效） 。DAC1210 引腳說明DAC1210 的引腳排列如圖 411 所示，各引腳的定義如下：411DAC1210 原理框圖及引腳控制信號（所有控制信號都是電平激勵信號） 。具有這種輸入鎖存及轉(zhuǎn)換控制功能的D/A 轉(zhuǎn)換器（如 DAC0832） ，在 CPU 分時控制多路 D/A 輸出時，可以做到多路 D/A轉(zhuǎn)換的同步輸出。對于輸出特性具有電流源性質(zhì)的 D/A 轉(zhuǎn)換器（如 DAC—08） ，其輸出電壓允許范圍來表示由輸出電路（包括簡單電阻負(fù)載或者運(yùn)算放大器）造成的輸出端電壓的變化范圍，只要輸出端得電壓小于輸出電壓允許范圍，輸出電流的和輸入數(shù)字之間保持正確的轉(zhuǎn)換關(guān)系。輸入數(shù)字格式一般為并行碼，對于芯片內(nèi)部配置有移位寄存器的 D/A 轉(zhuǎn)換器，可以接收串行碼輸入。C 之間。例如：單片集成 AD561J 的溫度系數(shù)為≦10ppmFSR/.C(ppm 為英文百分之一的縮寫)（6）電源抑制比對于高質(zhì)量的 D/A 轉(zhuǎn)換器，要求開關(guān)電路及運(yùn)算放大器所用的電源電壓發(fā)生變化時，對輸出的電壓影響極小。（4）建立時間對于一個理想的 D/A 轉(zhuǎn)換器，其數(shù)字輸入信號從一個二進(jìn)制數(shù)變到另一個二進(jìn)制數(shù)時，其輸出模擬信號電壓，應(yīng)立即從原來的輸出電壓調(diào)變到與新的數(shù)字信號相對應(yīng)的新的輸出電壓，但在實(shí)際的 D/A 轉(zhuǎn)換器中，電路中的電容、電感和開關(guān)電路回引起電路時間延遲。例如對于 10 位 D/A 轉(zhuǎn)換器，其分辨率為：1/(2101)=1/1023≈ 分辨率越高，轉(zhuǎn)換時，對應(yīng)數(shù)字輸入信號最低位的模擬信號電壓數(shù)值越小，也就越靈敏。三種方式中，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換時間較長時，宜用中斷方式。CPU 一般可以采用 3 種方式和 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行聯(lián)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。6）AD574 的控制信號（1）AD574 的啟動信號A/D 轉(zhuǎn)換器是在 CPU 控制下工作的，即由 CPU 發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換信號。圖中 AD574 引腳 13 的輸入電壓范圍分別為 0——10V 或5——+5V( 雙極性輸入時) ， 1LSB 對應(yīng) 。單極性 0——20V,雙極性 177。12/—8 輸出數(shù)據(jù)形式選擇信號。—C——片選擇信號低電平有效。設(shè)有三態(tài)輸出緩存器，可直接與 8 位或 16 位的微處理器接口。1LSB；AD574AK 為177。 AD574 是由兩個大規(guī)模集成電路組成的，每一部分都設(shè)有模擬數(shù)字電路，因而以最低的成本而獲得最高的性能和適應(yīng)性。轉(zhuǎn)換時間最短的高速 A/D 轉(zhuǎn)化器是用那些用雙極型或 CMOS 工藝進(jìn)程的全并行、串并行和電壓轉(zhuǎn)移函數(shù)型的 A/D 轉(zhuǎn)換器。實(shí)際選取的 A/D 轉(zhuǎn)化器的位數(shù)應(yīng)與其它還擊所能達(dá)到的精度相適應(yīng)。 C 。不同型號、不同分辨率的器件、轉(zhuǎn)換時間相差很大。絕對精度常用數(shù)字量得位數(shù)表示，如絕對精度為177。如 3V、5V、10V 等。除上述系列的采樣保持器外，其他的通用芯片還有 SHAAD58AD583K/S等，高分辨率芯片有 SHA114ADC1130 等。它由模擬開關(guān)、保持電容和運(yùn)算放大器組成。10Pa,靜態(tài)功率耗為1μW。典型的集成多路揩干可分為 4 選雙 4 選 8 選 16 選 1 等 5 種類型。 過程通道的其他主要部件過程通道中涉及到的部件很多，除了 A/D 轉(zhuǎn)換器和 D/A 轉(zhuǎn)換器之外，還有信號處理裝置、多路開關(guān)、放大器、采樣保持器以及大功率輸出接口部件。由圖可知，模擬量輸入通道一般由信號處理、多路開關(guān)、放大器、采樣保持器和 A/D 轉(zhuǎn)換器等組成過程圖 44 模擬量輸入結(jié)構(gòu)框圖其中信號處理根據(jù)需要可包括信號放大、信號濾波、信號衰減、阻抗匹配、電平交換、非線性補(bǔ)償、電流/電壓轉(zhuǎn)換等功能。其特點(diǎn)是速度快、工作可靠，即使某一個通路有故障，也不會影響其它通路的工作，如果通道的數(shù)量很多要使用較多的采樣保持器和 A/D 轉(zhuǎn)化器，使用成本較高?？梢姡^程通道是家算計(jì)和工業(yè)生產(chǎn)過程（控制對象）相互交換信息的橋梁。但精度較低（約 1%） ，反應(yīng)速度較低。特點(diǎn)：線性好，頻響范圍寬，靈敏度高，遲滯小，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，使用方便，抗聲、磁干擾能力強(qiáng)要求后綴具有高的輸入阻抗，應(yīng)用低電容、低噪聲、高電阻電纜，需老化處理以提高其穩(wěn)定性。可用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)與響應(yīng)行程書粗豪平均值之間的某個最大偏差值，對滿聯(lián)成輸出的百分比表示。傳感器處于測試系統(tǒng)的輸入端，因此，傳感器能否真實(shí)反映被測量值對整個測試系統(tǒng)有直接影響。 線性范圍任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系。為了不影響液壓泵的吸油能力，過濾器通油能力最好大于泵流量的 2 倍，故選 WU—16180 型的網(wǎng)式過濾器。 電液比例閥的選擇比例閥一般具有壓力補(bǔ)償性能，所以它的輸出壓力和流量可以不受負(fù)載的影響。隨著進(jìn)油口壓力的提高，當(dāng)液壓力大于彈簧力時，錐閥開啟，多余的油液流回油箱，使進(jìn)油壓力穩(wěn)定在調(diào)定值。由于本系統(tǒng)的載荷不大，轉(zhuǎn)速很高，對中的同軸度誤差要求很高，為了補(bǔ)償液壓泵和電動機(jī)在安裝時兩周的同軸度誤差，常選用彈性聯(lián)軸器，其特點(diǎn)是傳遞的補(bǔ)償范圍很大，轉(zhuǎn)速較高，彈性好，能緩沖轉(zhuǎn)矩急劇變化引起的振動，能補(bǔ)償軸向定位，故選用 HL1 型彈性柱銷聯(lián)軸器。電動機(jī)作為動力源液壓泵提供能量，液壓泵作為機(jī)械能—液壓能的轉(zhuǎn)換元件給系統(tǒng)提供液壓能源；單向閥用來防止油液對泵的反響沖擊；溢流閥作為系統(tǒng)的安全閥，在系統(tǒng)過載時提供安全保護(hù)作用；換向閥用來使油液換向；電液比例閥作為系統(tǒng)加載的控制元件，控制、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出；壓力傳感器作為檢測元件，將液壓缸工作腔的壓力信號通過 A/D 放大反饋給計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；液壓桿作為液壓能—機(jī)械能轉(zhuǎn)換元件，對試件進(jìn)行輸出加載。按輸出運(yùn)動的不同，可將液壓執(zhí)行元件分為三類：液壓缸、液壓馬達(dá)、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。氣動驅(qū)動：氣體壓力小，輸出力小，若需要輸出較大的力，則結(jié)構(gòu)尺寸過大，且氣體壓縮性大，阻尼效果差，精確定位困難，低速不易控制。機(jī)電一體化的本質(zhì)是將電機(jī)技術(shù)引用到機(jī)械控制中，即“利用傳感器檢測機(jī)械運(yùn)動，將檢測到的信號輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)得到的能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)算的運(yùn)動的控制型號” 。濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院畢 業(yè) 論 題 目 微機(jī)控制恒應(yīng)力水泥試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班 級 機(jī)設(shè) 07Q1 學(xué) 生 楊志罡 學(xué) 號 20223006121 指導(dǎo)教師 王新華 二〇一一 年 五 月二十六日摘 要全自動水泥試驗(yàn)機(jī)是一種機(jī)電化產(chǎn)品。機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。電機(jī)驅(qū)動：輸出力小，控制性能好，可精確定位。計(jì)算機(jī) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械機(jī)構(gòu)傳感器 傳 感 器 傳 感 器 動力根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在水泥塊從收力道被壓碎期間，執(zhí)行元件處于準(zhǔn)靜態(tài)，而馬達(dá)的輸出是轉(zhuǎn)矩，可執(zhí)行元件應(yīng)該選液壓缸。 工況分析液壓缸所受外負(fù)載 F=FW+FF+FA式中 FW 是工作負(fù)載，本設(shè)計(jì)中 FW 為 300KNFA 運(yùn)動部件速度變化是的慣性負(fù)載，本設(shè)計(jì)中水泥塊從受力到破碎活塞運(yùn)動速度為零，F(xiàn) F 是摩擦阻力負(fù)載，本設(shè)計(jì)中 FF f X G f 為靜摩擦系數(shù)，取 ，G 取500NFW 與 FF 相比，可忽略不計(jì)。 液壓閥的選用 單向閥的選用單向閥又稱止回閥，它的作用是使油只能從一個方向通過，而不能反向流動。根據(jù)實(shí)際選擇 YF 型溢流閥。電磁比例閥由壓力閥和移動馬達(dá)兩部分組成，當(dāng)壓力閥的線圈通進(jìn)電流時，彈簧把電磁力傳給錐閥，推力的大小與電流成比例。在回油路上安裝精過濾器，以清除更細(xì)的顆粒雜質(zhì)，保護(hù)液壓系統(tǒng)的液壓元件不受細(xì)微顆粒的損傷和卡死。線性范圍越寬，則其工作量程越大。 其他除了上述一些因素外，應(yīng)盡可能結(jié)構(gòu)簡單，體積小，中亮起，價格便宜，易于更換。 穩(wěn)定性表示傳感器在一個較長的時間內(nèi)保持能參數(shù)的能力，常用給出標(biāo)定的有效期表示穩(wěn)定性。 壓阻式傳感器壓阻式傳感器是用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)而工作的。經(jīng)比較，本設(shè)計(jì)選擇電阻應(yīng)變式傳感器，其型號為 JYBY7AY。模擬量輸入通道格局應(yīng)用要求的不同，可以有不同的結(jié)構(gòu)形式。圖 41 一個通道設(shè)置一個 A/D 轉(zhuǎn)換器框圖 多個通道共享一個 A/D 轉(zhuǎn)換器下圖的多路或隨即地轉(zhuǎn)換機(jī)關(guān)分時的將各種模擬信號按順序或隨機(jī)的通過采樣保持器傳送到公用的 A/D 轉(zhuǎn)換器。放大器是用來把傳感器送來的信號從毫伏電平按比例放大到典型的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入電平（如慢刻度為 10V） ，可選用一個具有適當(dāng)閉環(huán)增益的運(yùn)算放大器。現(xiàn)分述如下： 信號處理裝置在生產(chǎn)現(xiàn)場，由于各種干擾信號的存在，必須采用濾波器電路來抑制信號通道中的干擾。4 選 1 的芯片有 74LS155,8 選 雙 8選 16 選 1 等五種類型。選擇多路開關(guān)主要應(yīng)考慮如下因素：要多少通路？是單端還是差動？電平高低如何？采用什么方式對各通路尋址？精度及切換速率等。其工作原理如下： U0 Ui圖 46 采樣保持器表 41 真值表輸入狀態(tài) 接通信號 輸入狀態(tài) 接通信號INH C B A CD4051 INH C B A CD40510 0 0 0 0 1 0 0 40 0 0 1 1 0 1 0 1 50 1 1 0 2 0 1 1 0 60 0 1 1 3 0 1 1 1 7當(dāng)控制開信號為高電平（即采樣階段） ，模擬開關(guān) K 閉合，輸入信號通過放大器 Al 向電容 C 充電進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在這階段，希望電容電壓維持穩(wěn)定的時間越長越好。 A/D、D/A