【正文】 隨著工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，被控對象越來越復(fù)雜，常常表現(xiàn)為高度的非線性、強(qiáng)干擾、動態(tài)突破性 以及分散的執(zhí)行器、分層的決策機(jī)構(gòu)、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)信息等，這樣的被控對象往往存在難以用精確數(shù)學(xué) 方法描述的不確定性。它的優(yōu)點(diǎn)是原理簡單，易于現(xiàn)實(shí)，穩(wěn)定性能好。伴隨 上述變化，熱電偶的熱電動勢也將極其敏感地發(fā)生變化。普通的溫度傳感器不僅跟不上被測對象的溫度變化速度出現(xiàn)滯后， 而且也會因 達(dá)不到熱平衡 而產(chǎn)生測量誤差。 當(dāng)然，具體插入深度還必須兼顧容器體積或管道內(nèi)徑等 因 素。測溫點(diǎn)的選擇： 熱電偶的安裝位置，即測溫點(diǎn)的選擇是最重要的，選擇 測溫點(diǎn)時(shí)應(yīng)具有典型性、代表性，否則將失去測量與控制的意義。由基于 LabVIE1V 的軟件采用二次查表法加線性插值實(shí)現(xiàn)溫度的測量與顯示。而虛擬儀器的出現(xiàn)可以較好的解決這樣一些問題。傳感器采用 K 型熱電偶，它的的精度分為三級： 級在 01000℃之間，其誤差 為177。可短期在還原氣氛中使用， 但必須加密封保護(hù)管 401100 401300 20040 銅 銅鎳 (康銅 ) T 用于在 200℃ 到 400℃范圍內(nèi)測溫，特性是測溫密度精度高，穩(wěn)定性好，低溫時(shí)靈敏度高， 價(jià)格低廉 40350 40350 20040 鎳鉻 銅鎳（康銅） E 用于氧化或弱還原性氣氛中測溫，按其偶絲直徑不同，測溫范圍為 200 到 900，具有穩(wěn)定好，靈敏度高，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn) 40800 40900 20040 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書（畢業(yè)論文） 16 鐵 銅鎳（康銅） J 用于氧化和還 原氣氛中測溫，也可以在真空和中性氣氛中測溫，按其偶絲直徑不同，測溫范圍為 40 到 750℃ ，具有穩(wěn)定性好，靈敏度高，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn) 40750 40750 鉑銠 13鉑 R 用于氧化中氣氛中測溫，長期最高使用溫度為 1300 ℃ ，短期最高使用溫度為1600℃ ，不推薦在還原氣氛中使用，但短期內(nèi)可以用于真空測溫 01600 01600 集成溫度傳感器。熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償 ： 熱電偶在使用中的一個(gè)重要問題是冷端溫度補(bǔ)償，因?yàn)闊犭娕嫉妮敵鰺犭妱萑Q于熱端和冷端的溫差，實(shí)際使用中，其冷端所處的溫度經(jīng)常變化。因此我們采用模型仿真結(jié)果與實(shí)際控制系統(tǒng)比較的方式進(jìn)行模型檢驗(yàn)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書（畢業(yè)論文） 12 第三章 溫度傳感器的分類及 溫度信號的檢測 爐溫度特性及其對象建模 將采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處 理后即可作為辨識數(shù)據(jù)源，本文采用多項(xiàng)式擬合算法得到電阻爐的數(shù)學(xué)模型，具體算法如下：假定辨識對象的傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)為 ? ? m m 1m m 1 1 0n n n 1 n 1 1b s b s b s b G s a s a s a s 1????? ? ? ?? ? ? ? ? (n m) () h(t)為系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，根據(jù) Laplace 變換終值定理，有 0000lim ( ) lim ( )tsk h t G s b? ???? () 定義 100( ) [ ( )]th t k h d? ? ? ?? () 則 1 0 11{ ( ) } [ ( ) ] ( )L h t k G s G ss? ? ? () 那么 ? ?1 1 1 0 1 10l i m l i m ( )tsk h t G s k a b? ? ?? ? ? ? () 同理，定義 110( ) [ ( ) ]t rrh t k h d? ? ?? ? ? ?? () 則 111{ ( ) } [ ( ) ] ( )r r r rL h t k G s G ss ??? ? ? () 11 1 2 00l i m ( ) l i m ( ) ( 1 ) . . . ( 1 ) rrr r r r r r rtsk h t G s b K a k K a????? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? () 于是得到如下線性方程組 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書（畢業(yè)論文） 13 1 1 1 2 2 . . . 0 001 0 1 12 1 1 1...( 1 ) ( 1 )rrr r r r rkbk k a bk k a bk b K a k a K a?? ? ? ? ??????? ? ? ? () 其中 b0,b1,…… bm 和 a1,a2,… ..an 為待求解系數(shù) ， 參數(shù) kr,r=0,1,2,… n+m通過數(shù)值積分算的。 85%的全球 500 強(qiáng)制造型企業(yè)是 NI 虛擬儀器技術(shù)的用戶。 實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用 。 儀器制造業(yè)是代表一個(gè)國家科技和工業(yè)發(fā)展水平的一個(gè)重要領(lǐng)域。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書（畢業(yè)論文） 10 工業(yè)自動化 。虛擬儀器軟件對于將這些技術(shù)尖端的硬件組成變成實(shí)際可用的儀器系統(tǒng)是必不可缺的。虛擬儀器在性價(jià)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。流程圖包括內(nèi)置于 LabVIEW VI 庫中的函數(shù) (functions)和結(jié)構(gòu)(stoctures)，還包括與前面板上的控制對象、顯示對象對應(yīng)的連線端子 (terminals)。通過儀器驅(qū)動程序可以與大多數(shù)儀器進(jìn)行通訊。先進(jìn)的 ActiveX 技術(shù)融合了簡單的拖動編程方法，儀器控制和數(shù)據(jù)采集在開發(fā)向?qū)У囊龑?dǎo)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。其開發(fā)環(huán)境下提供的應(yīng)用程序有 180 多種，除了具備其它語言所提供的常規(guī)函數(shù)功能和上述的生成圖形界面的大 量模板外，內(nèi)部還包 括許多特殊的功能庫函數(shù)和開發(fā)工具庫以及多種 設(shè)備驅(qū)動功能。虛擬儀器軟件由兩大部 分構(gòu)成 ： 應(yīng)用程序和 1/0 接口儀器驅(qū)動程序。② GPIB 系統(tǒng) 了： 以 GPIB 標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng) 。這是一個(gè)由通用儀器硬件平臺 (由計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡組成，簡稱硬件平臺 )和應(yīng)用軟件組成的復(fù)雜系統(tǒng)。虛擬儀器通過提供給用戶組建自己儀器的可重用源代碼庫，可以很方便地修改儀器功能和面板，設(shè)計(jì)儀器的通信、定時(shí)和觸發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)與外設(shè)，網(wǎng)絡(luò)及其他應(yīng)用的連接，給用戶一個(gè)充分發(fā)揮自己能力和想象力的空間。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書（畢業(yè)論文） 5 虛擬儀器的特點(diǎn) 虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)介入儀器領(lǐng)域所形成的一種新型的、富有生命力的儀器種類。虛擬儀器將計(jì)算機(jī)資源和儀器硬件、 DSP 技術(shù)結(jié)合，在系統(tǒng)內(nèi)共享軟硬件資源，既有普通儀器的功能，又有一般儀器沒有的特殊功能。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書（畢業(yè)論文） 4 第二章 虛擬儀器及應(yīng)用簡介 虛擬儀器產(chǎn)生于 20 世紀(jì) 80 年代，它是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測試技術(shù)和微電子技術(shù)高速發(fā)展而孕育的一項(xiàng)革命性技術(shù)，它把標(biāo)準(zhǔn)化總線、網(wǎng)絡(luò)化 及軟件化作為自己的發(fā)展目標(biāo)和方向，極其符合未來測試與儀器技術(shù)發(fā)展的要求。 (3)電阻爐溫 度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及方案，對系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺進(jìn)行選擇。操作不方便，控制數(shù)據(jù)無法保存。爐溫低于 700℃ 的電阻爐 ,多數(shù)裝置鼓風(fēng)機(jī)，以強(qiáng)化爐內(nèi)傳熱，保證均勻加熱。直接加熱電阻爐可作成真空電阻加熱爐或 保護(hù)氣體電阻加熱爐，在粉末冶金中，常用于燒結(jié)鎢、鉭、鈮等制品。最后，根據(jù) 生產(chǎn)中的實(shí)際情況，電熱燒結(jié)和控制設(shè)備要求操作方便，易于維護(hù)，成本較低等等。在工業(yè)電爐控制中溫度的控制 是十分重要的 “ 溫控過程要嚴(yán)格按照事先設(shè)定的溫度曲線運(yùn)行 ， 如果意外掉電導(dǎo)致加熱終止或控溫精度低 ，都會導(dǎo)致工業(yè)加熱 的失敗 ”， 因此研究以工業(yè)電阻爐為控制對象 ， 以智能儀表為控制工具的溫控系統(tǒng)具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值 。詳細(xì)地 論述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，其中包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)字 濾波 等功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于虛擬儀器的電阻爐溫度控制系統(tǒng) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書（畢業(yè)論文） I 摘要 電阻爐被廣泛地應(yīng)用在工 業(yè)生產(chǎn)中，它的溫度控制效果直接影響到生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，因而對溫度控制系統(tǒng)的要求很高。 關(guān)鍵詞： 虛擬儀器 ； PID 控制器 ； 自整定 Resistance Furnace Temperature Control System 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書（畢業(yè)論文） II Based on Virtual Instrument Abstract Resistance furnace was widely used in industrial production, whose effect of the temperature control has a direct impact on productivity and product quality, thus a high quality of temperature control system is demanded. Industry Resistance furnace used to use conventional PID control, PID controller is one of the earliest control strategies and it is simple in structure, easy to implement, effective to control。 隨著計(jì)算機(jī) 、 通訊技術(shù)在工業(yè)自動化系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用 ， 工業(yè)儀表的功能越來越強(qiáng)大 ，在高新技術(shù)的推動下 ，作為工業(yè)主要技術(shù)工具的控制 儀表正跨入真正的數(shù)字化 、 智能化 、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代 。 電阻爐是利用電流通過電熱體元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能來加熱或熔化工件物料的熱加工設(shè)備。采用這種爐子加熱時(shí)應(yīng)注意： (1)物料加熱均勻，要求物料各部位的導(dǎo)電截面和電導(dǎo)率一致； (2)由于 物料自身電阻相當(dāng)小，為達(dá)到所需的電熱功率，工作電流相當(dāng)大， 因此送電電極和物料接觸要好，以免起電弧燒損物料，而且送電母線的電阻要小，以減少電路損失； (3)在供交流電時(shí)，要合理配置短網(wǎng)，以免感抗過大而使功率因數(shù)過低。用于熔化易熔金屬（鉛、鉛鉍合金、鋁和鎂及其合金等）的電阻爐，可做成坩堝爐；或做成有熔池的反射爐，在爐 頂上裝設(shè)電熱體。因而，對生產(chǎn)工藝的研究很困難，因此造成產(chǎn)品質(zhì)量低、廢品率高、工作人員的勞動強(qiáng)度大、勞動效率低、這些都縮減了企業(yè)的效益。 (4)介紹電阻爐溫度控制系統(tǒng)硬件組成，晶閘管 技術(shù)及建立控制對象數(shù)學(xué)模 型 。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源，通過計(jì)算機(jī)總線與外圍通用硬件設(shè)備構(gòu)筑了功能更豐富、處理速度更快、測量效率更高、可擴(kuò)展性更好的儀器系統(tǒng)。利用虛擬儀器技術(shù)建立的 測試系統(tǒng)提高了測量精度、測量速度，減少了開關(guān)、電纜，系統(tǒng)易擴(kuò)充、易修改，使得測試系統(tǒng)體積小、靈活方便、成本低、效率高，成為現(xiàn)代測試系統(tǒng)發(fā)展的主流。在虛擬儀器中計(jì)算機(jī)處于核心地位，計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和測試系統(tǒng)更緊密的結(jié)合，形成了一個(gè)有機(jī)整體，使得儀器的結(jié)構(gòu)概念和設(shè)計(jì)觀點(diǎn)等都發(fā)生了突破性的變化。 (4)開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 (l)通用儀器硬件平臺 。③ VXI 系統(tǒng) :以 VXI 標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，各種專用儀器開發(fā)系統(tǒng)的功能也越來越強(qiáng)大和完善。 LabVIEW 作為一種強(qiáng)大的虛擬儀器開發(fā)平臺，被視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。 (2)靈活的儀器將 LabVIEW 與一般的數(shù)據(jù)采集及儀器加以組合，可以設(shè)計(jì)出靈活的虛擬儀器，并可以隨時(shí)將儀器系統(tǒng)移植到最適用的平臺上使用。用戶不必學(xué)習(xí)各種儀器的低級編程協(xié)議，從而簡化了儀器的控制，縮短了開發(fā)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效 率。 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比，最直觀的區(qū)別就是與用戶進(jìn)行交互的面板。以一臺高性能儀器為例，用戶可以裝配一臺裝有基于硬件和軟件部分的個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為專門的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)虛擬儀器。 虛擬儀器的應(yīng)用 虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢在于可由用戶自己定 義儀器系統(tǒng)功能，且定義的功能也比較靈活，也很容易構(gòu)建，所以應(yīng)用面極為廣泛。 我國工業(yè)基礎(chǔ)比較落后，工業(yè)自動化程度遠(yuǎn)不能滿足市場經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的要求。是否具備各種先進(jìn)和高性能儀器，對整個(gè)國家的科技開發(fā)能力，國防高科 技水平和工業(yè)現(xiàn)代化 水平都有直接或潛在的重要影響。 電子儀器與測試實(shí)驗(yàn)室是高 等工科院校必備的教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件。下面列舉了 LabVIEW 及 NI 其它技術(shù)在虛擬儀器領(lǐng)域的一些應(yīng)用例子，從中，可以體