【正文】 的動作速度，減少了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間。但是，當 ≥ 時，再采用常規(guī)的 PID 控制，就無法取得良好的控制效果了，特別是當純滯后時間較大時會產(chǎn)生系統(tǒng)的持續(xù)振蕩。 DT — 微分時間常數(shù)。因此，我們把式子 ()進行一系列轉(zhuǎn)化 :以一系列的采樣時刻點 kT代表連續(xù)時間 t，以求和的方式代替積分運算，以求增量商值的方法來代替微分運算，進行如下近似變換 : TkekeTTkekTedttdejeTJTeTdttekkTtkikjt)1()(]1[)()()()()(,. .. )2,1,0(000????????????????? (44) 式中 :T— 叫作 系統(tǒng)采樣周期。由于在計算機控制系統(tǒng)中是采用的恒定的采樣周期 T，這樣，當我們進行計算時，只要確定了比例系數(shù) pK ， 積分時間常數(shù) 1T 、微分時間常數(shù) T，這三個數(shù)值，只要使用前后三次測量數(shù)值的偏差，就可以使用計算機執(zhí)行軟件計算出控制增量來，準確性高。在以往冷卻水溫度調(diào)節(jié)器是模擬儀表時，是很難實現(xiàn)的環(huán)節(jié)，但是現(xiàn)在用單片機控制時，可以很容易用執(zhí)行軟件計算的形式來實現(xiàn)。 下表 (4l)為進行實驗數(shù)據(jù)記錄 : 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 恒溫溫度 采樣時間 （ S） PK 1TT TT0 40~50℃ 15 50~60℃ 15 60~70℃ 15 70~80℃ 15 表 41 PID 實驗數(shù)據(jù)記錄 根據(jù)多次實驗我們?nèi)〉脭?shù)值如下： PK = 1T = DT = 本控制系統(tǒng)在 PID 參數(shù)設(shè)定在以上數(shù)值時實際系統(tǒng)運行結(jié)果如表 (42)所示 。 177。這樣的設(shè)計思路，有利于程序代碼的編寫和優(yōu)化，同時也便于設(shè)計、調(diào)試和日后的維護等。 VB 支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)訓(xùn)，具有結(jié)構(gòu)化的事件驅(qū)動編程模式，而且可以十分簡便地做出良好的人機交 互界面。系統(tǒng)缺省設(shè)置為 9600， N， 8， 1，表示波特率為 9600，不進行奇偶校驗， 8位數(shù)據(jù)位， l 位停止位。 (3)參數(shù)設(shè)定 : 用戶可以對溫度給定值進行設(shè)置，實時將設(shè)定值傳送給單片機 。當計 算機一旦檢測到有數(shù)據(jù)過來。若系統(tǒng)進行串行通信時，此屬性為 TRUE。我們主要介紹單 片機子系統(tǒng)的各個程序的編制。如果說，硬件部分的設(shè)計具有通用性，那么軟件設(shè)計則主要是針對某一特定控制對象，可以用來完成硬件設(shè)計不能達到的功能。 177。 (3)微分環(huán)節(jié)中，由于被 控對象的純滯后影響，使得系統(tǒng)超調(diào)會比較大，調(diào)節(jié)時間長，極易變成積分飽和，使系統(tǒng)的動態(tài)特性變差，甚至出現(xiàn)長時間振蕩，因此，微分時間常數(shù) DT 的取值應(yīng)該大一些。該方法的基本思路是 :預(yù)先估計出系 統(tǒng)在基本擾動下的動態(tài)特性，然后由預(yù)估器對時滯進行補償，力圖使破延遲了的被調(diào)量超前反映到調(diào)節(jié)器，使調(diào)節(jié)器提前動作，從而抵消掉時滯特性所造成的影響，減小系統(tǒng)超調(diào)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加速調(diào)節(jié)過程，從而提高了系統(tǒng)的快速性。 jk — 積分系數(shù)，由 jpj TTkk ? 表示 。當 1T 的數(shù)值越小，則系統(tǒng)的積分作用越強。下面我們分別介紹一下這兩種控制算法的主要特點。因此，溫度控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可以表達為 ：STeKSGn11)( ??? ? 其中 ， K 為控制對象的靜態(tài)增益 : 1T 為慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù) 。在不同船舶的中央冷卻系統(tǒng)中，系統(tǒng)的管路長度和水流速度都是不同的，要根據(jù)具體的情況進行具體分析和計算。同時，由溫度傳 感器及信號處理模塊等組成了反饋回路。 由于實驗條件的限制，在本課題實施的過程中，沒有相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)進行結(jié)果試驗，無法得到其電氣參數(shù)，因而對輸出部分電路結(jié)構(gòu)就不作介紹。當測量到的冷卻水溫度持續(xù)減少，低于下限 2T 時，即 2TT? 時，則下 限報警狀態(tài)值 TLA=l。 在小鍵盤上有六個按鍵， 分別是“設(shè)置狀態(tài)”按鍵、“運行狀態(tài)”按鍵、“數(shù)值增加 ”按健、“數(shù)值減少” 按鍵 、以及“高溫” 按鍵和“低溫”按鍵 。 圖 ADC0809 接口電路示意圖 : 由于 CPU 管腳的數(shù)量有限，因此對鍵盤和顯示電路的設(shè)計，我們采用了 8279可編程的鍵盤顯示一專用擴展 I/O 接口芯片，它木身能夠提供鍵盤、顯示控制所AT89C51 ALE WR EA P RD 輸入信號 G74LS373 分頻 CLK ADDA REF（ +） ADDB REF（ ） ADDC ADC0809 D7 D6 IN7 D5 IN6 IN5 D4 IN4 D3 IN3 D2 IN2 D1 IN1 D0 IN0 START ALE OE EOC 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 需的掃描信號，因此可以代替單片機完成鍵盤、顯示的控制。其溫度 (0~100℃時 )與阻值的關(guān)系如下表 3l 所示。在控制軟件的支持下， CPU 對外圍電路進行控制、計算，將溫度檢測電路輸入的溫度測量數(shù)值進行處理，并掃描、顯示，同時將計算得到的控制結(jié)果輸出給控制電路對執(zhí)行機構(gòu)進行操作，完成整套控制過程。系統(tǒng)輸出環(huán)節(jié)通過單片機輸出口傳遞輸出控制信號，經(jīng)光電藕合 4N25 和模擬開關(guān) CD4052 后去控制繼電器的通斷，進而控制三相伺服交流步進電機電機的旋轉(zhuǎn)，當實際溫度偏高時，單片機輸出控制信號使正轉(zhuǎn)繼電器通電，伺服電機正轉(zhuǎn)，改變?nèi)ㄕ{(diào)節(jié)閥的開度，增加流過淡水冷卻器的淡水量，使淡水溫度降低 。 : 眾所周知，船舶機艙的工作環(huán)境極其惡劣，比如高溫、高濕度、海水腐蝕和振動等不良因素，因此，控制系統(tǒng)是否安全可靠，就需要我們進行重點研究。當系統(tǒng)突然失電時，可以利用硬件看門狗中的 EEPROM 數(shù)據(jù)儲存器，將控制系統(tǒng)中的正在運算的數(shù)值和結(jié)果保存起來，當系統(tǒng)恢復(fù)供電后，單片機再從看門狗中讀出這些數(shù)據(jù)，從而保證了系統(tǒng)中臨時數(shù)據(jù)的安全 。計算機管理控制中心的溫度管理和儲存軟件可以使用戶在上位機上方便地對測量溫度數(shù)值和設(shè)定溫度數(shù)值進行管理、查看、儲存和打印 。同時，為了保證測量的準確性，我們采用了多點測量的方法，即在高溫回 路中高溫冷卻淡水的進口和出口、低溫回路中低溫冷卻淡水的進口和出 口 都安裝了溫度 傳感器，分別測 量這幾 點的溫度，然后單片機控制多路開關(guān)，分別采集這幾點的溫度數(shù)值。一方面，它要獲取溫度傳感器組的測量數(shù)據(jù)，并且與溫度設(shè)定值進行比較，同時輸出控制信號到執(zhí)行機構(gòu) 。利用計算機中安裝的通訊軟件，計算機可以與單片機進行實時通訊，將單片機存儲器中的相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸和顯示在計算機終端顯示器上，方便用戶對每個檢測點的實際溫度和設(shè)定溫度進行比較和監(jiān)測，對于超標的數(shù)據(jù)給予特殊顏色的顯示并 報警。此外，對于生產(chǎn)船舶工業(yè)智能控制器的廠商來說，他們在推廣應(yīng)用這項成果中，將會獲得可觀的經(jīng)濟效益。 : 隨著計算機技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和自動控制技術(shù)等高新技術(shù)在船舶工業(yè)的發(fā)展和延伸，以計算機 為中心的自動化控制是當今世界范圍內(nèi)的工業(yè)技術(shù)革命的核心之一。 其三，課題研究的技術(shù)關(guān)鍵 ： ①多點測量 :分別在船舶柴油機中央冷卻系統(tǒng)的高溫淡水的進口和出口、低溫淡水的進口和出口處安裝了溫度傳感器。 本課題研究的主要內(nèi)容 “基于單片機的船舶柴油機冷卻水溫度控制系統(tǒng)”是以現(xiàn)代遠洋船舶上廣泛應(yīng)用的船舶中央冷卻系統(tǒng)為研究模型，以船舶柴油機冷卻水的溫度測量和控制為研究對象進行的。因此，這種控制方式現(xiàn)在也很少采用了。其大致發(fā)展 歷程如下： 1． 直接作用式控制方式 ： 在 20 世紀 50 年代末期，船舶柴油機冷卻水溫度控制是采用直接作用方式。 目前，船舶 柴油機冷卻水溫度的自動控制系統(tǒng)大多采用的是電子式控制方 .式 ，使用的是模擬式調(diào)節(jié)儀表，主要以電子器件的邏輯運算輸出控制信號，來驅(qū)動繼電器對電動機進行轉(zhuǎn)向控制，從而達到對溫度的控制。根據(jù)本課題的研究，我們將單片機控制方式成功地引入了船舶設(shè)備自動控制領(lǐng)域，豐富了船舶自動控制技術(shù)，也為今后輪機自動化技術(shù)的發(fā)展探索了一條 行之有效的道路，具有廣闊的發(fā)展空間。濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） I 目 錄 摘要 ................................................................................................................................ 1 ABSTRACT ................................................................................................................... 2 第 1 章 緒論 .................................................................................................................. 3 課題提出的背景 ................................................................................................. 3 船舶柴油機冷卻水溫度控制技術(shù)發(fā)展歷程 ..................................................... 3 本課題研究的主要內(nèi)容 ..................................................................................... 4 系統(tǒng)研究的應(yīng)用前景 ......................................................................................... 5 第 2 章 溫度控制系統(tǒng)介紹 .......................................................................................... 7 系統(tǒng)的構(gòu)成 ......................................................................................................... 7 系統(tǒng)硬件框圖 ............................................................................................. 7 系統(tǒng)各組成部分功能說明 ......................................................................... 8 系統(tǒng)的性能指標 ................................................................................................. 9 系統(tǒng)主要的技術(shù)指標 ................................................................................. 9 系統(tǒng)的性能特點 ....................................................................................... 10 第 3 章 系統(tǒng)的硬件開發(fā) ............................................................................................ 11 系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)原理圖 ....................................................................................... 11 系統(tǒng)各主要模塊介紹 : ...................................................................................... 11 第 4 章 系統(tǒng)的軟件開發(fā) ............................................................................................ 16 溫度控制算法的確定 ....................................................................................... 16 系統(tǒng)傳遞函數(shù)和溫度控制算法 : .............................................................. 16