【正文】 346 將以上三張模糊控制表裝入單片機(jī)控制系統(tǒng)的存儲器中，根據(jù)誤差E與誤差變化率EC查找表中相應(yīng)的值{Ei，ECi)，將這些參數(shù)代入PID控制器的位置型公式可以得到公式： （） 第5章 工業(yè)熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)軟件采用模塊化的設(shè)計(jì)方法。整個(gè)檢定過程按以下步驟自動(dòng)進(jìn)行： 熱電偶檢定過程控制流程圖 (1)檢定參數(shù)輸入 輸入的參數(shù)包括：檢定點(diǎn)溫度值、日期、被檢熱電偶類型、支數(shù)、檢定曲線、初始PID參數(shù)、上下限幅、標(biāo)準(zhǔn)熱電偶修正值。第一次，用測得的電阻值去查Ptl00熱電阻的分度表，得到冷端溫度；第二次，用冷端溫度值去查相應(yīng)熱電偶的分度表，得到冷端補(bǔ)償電勢，與直接檢測到的熱電偶電勢相加，進(jìn)行冷端補(bǔ)償；第三次，用經(jīng)過冷端補(bǔ)償之后的熱電勢，去查熱電偶分度表，得到熱電偶實(shí)際檢測的溫度值。 ①設(shè)計(jì)了低寄生電勢的多路通道切換裝置。 首先衷心感謝郭穎老師，老師和藹可親的人格、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的治學(xué)態(tài)度也感染了我，激勵(lì)我高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求自己，從老師那里不僅學(xué)到了專業(yè)知識，更重要的是學(xué)到了分析問題、解決問題的方法，這對我今后的學(xué)習(xí)和生活都將大有裨益。%tⅡ40～1300177。%tⅡ40～750177。[1+（t1100）]Ⅱ0～1600177。%t鉑銠30鉑銠6BⅡ600～1700177。%t鉑銠10鉑SⅠ0～1600177。%t鎳鉻銅鎳EⅠ40～800177。 附 錄 熱電偶測溫范圍及允差熱電偶名稱分度號等級測溫范圍（℃） 允 差a鎳鉻鎳硅（鋁）KⅠ40～1100177。③鉑電阻和熱電偶信號線性化采用直接查表法，避免其它線性化方法引起的計(jì)算誤差。 。 (3)升溫當(dāng)各熱電偶連線正確無誤后，系統(tǒng)開始按照輸入的檢定曲線升溫，同時(shí)周期性地讀取程控調(diào)節(jié)儀檢測到的爐溫實(shí)時(shí)溫度，送顯示器顯示。包括檢定參數(shù)的輸入，檢定過程中爐溫、開關(guān)狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、實(shí)時(shí)溫度曲線等的動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)據(jù)記錄［15］。 模糊推理是不確定性推理方法的一種，其基礎(chǔ)是模糊邏輯，推理方法有Zadeh方法、Mamdani方法和Baldwin方法等，采用Mamdani方法推理方法進(jìn)行推理(極大極小值法)。 (3)微分作用系數(shù)KD的作用是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，其作用主要是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化，對偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)。 模糊化結(jié)果變量eec△kP△k1△kd語言變量EEC△KP△K1△KD基本論域[5 5][1 1][ ][ ][ ]模糊子集模糊論域[6 6][6 6][6 6][6 6][6 6]量化/比例因子6/5=6/1=6 模糊PID參數(shù)自整定控制器的結(jié)構(gòu)選擇各變量的隸屬度函數(shù)為均勻三角函數(shù)。過程輸入輸出通道一般指模／數(shù)(A／D)、數(shù)／模(D／A)轉(zhuǎn)換單元和接口部件，電平轉(zhuǎn)換裝置及多路開關(guān)等。對于檢定爐這樣具有時(shí)滯、時(shí)變等因素的對象，最佳參數(shù)容易漂移，此時(shí)PID控制效果將難以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。根據(jù)能量平衡的原理，有： （）式中，t為時(shí)間，下同。 第4章 熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)溫度控制方法在熱電偶檢定過程中，檢定爐的溫度控制的好壞對熱電偶檢定起關(guān)鍵作用。當(dāng)選擇電流方式時(shí)需裝配電阻R19(D/A0)、R12(D/A1)，當(dāng)選0～10mA時(shí)R1R12應(yīng)裝配阻值為560Ω阻值，當(dāng)選4～20mA時(shí)，應(yīng)裝250Ω電阻［7］。PC6320模入模出接口卡適用于具有ISA總線的PC系列微機(jī)，具有很好的兼容性。可靠的過流保護(hù)使得主回路可控硅損壞不會導(dǎo)致控制器損壞，甚至在觸發(fā)線路接錯(cuò)情況下，短時(shí)間內(nèi)也不會損壞。應(yīng)用程序可以用任何一種可以使用DLL鏈接庫的編程工具來編寫。初始地址的選擇范圍一般為0100H～036FH之間。由于本卡采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器(SSR)等外接控制器件，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。 3) 輸入信號電流消耗：≥5mA/每路 4) 輸出路數(shù)及電氣連接方式：16路共地(共陰)方式。繼電器是通道導(dǎo)通的執(zhí)行元件，數(shù)字量輸出接口卡是繼電器通斷的控制元件。本系統(tǒng)最多可同時(shí)檢測8支不同型號的熱電偶，同一時(shí)刻多路切換開關(guān)只能有其中l(wèi)路導(dǎo)通。 系統(tǒng)中使用可控硅調(diào)壓器移相觸發(fā)控制電路，把模擬控制信號變?yōu)槭杳茏兓拿}沖列，改變可控硅的導(dǎo)通角θ，就可以控制檢定爐中電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)對爐溫的控制?！?。這樣，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)鉑電阻測量誤差可以達(dá)到177。 (2)使用新型智能溫度傳感器，如美信DSl626，12bit采樣精度，3線串行數(shù)據(jù)通信，O～+70℃，VDD，℃，最大誤差177。當(dāng)熱電偶冷端溫度t0變化時(shí)，E (t0,0)隨之變化，從而導(dǎo)致E(t,t0)變化，故要準(zhǔn)確地測量熱電偶熱端溫度，必須實(shí)時(shí)測量冷端溫度，進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償?！?，系統(tǒng)對檢定爐的溫度控制具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能，盡量縮短調(diào)節(jié)時(shí)間［2］。2℃；(4)熱電偶測量過程中爐溫溫度變化不超過0．2℃；(5)檢定溫度范圍：200～1400℃；(6)檢定熱電偶支數(shù)：同時(shí)檢定1～8支；(8)平均每個(gè)溫度檢定點(diǎn)檢定時(shí)間：30分鐘；(9)恒溫精度≤O．1℃；恒溫保持時(shí)間：10s～1000s任選；第2章 熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)方案的選擇在對熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行具體設(shè)計(jì)之前，需要對系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析，明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)以及針對這些技術(shù)進(jìn)行方案選擇，從而確定整個(gè)系統(tǒng)的框架組成。國內(nèi)熱電偶檢定方法可采用雙極比較法、同名級比較法和微分法三種，目前的熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)大多采用雙極比較法。 熱電偶是基于物質(zhì)的熱心效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)測溫的一種接觸法測量儀器。由于應(yīng)用的面廣、量大,所以其測量誤差太大將會整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)帶來巨大的損失。我國計(jì)量法規(guī)定，在熱電偶的使用過程中需要進(jìn)行周期性的檢定和修正，以確保熱電偶溫度計(jì)測溫的準(zhǔn)確性。本論文所設(shè)計(jì)的熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)，工作穩(wěn)定，符合熱電偶檢定規(guī)程的要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。同時(shí)合金中含有少量雜質(zhì)，其位置或形狀也將發(fā)生變化，而且，對周圍環(huán)境中的還原或氧化性氣體也要發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生測溫誤差。在其使用期間，熱電偶的熱電動(dòng)勢也將極其敏感的發(fā)生變化，產(chǎn)生測溫誤差。無論國內(nèi)還是國外研制的熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)，大體由檢定爐、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，檢定爐控溫系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)等部分。它是一個(gè)過程控制系統(tǒng)，但與一般的生產(chǎn)中的溫度控制系統(tǒng)比較是有區(qū)別的，在采樣精度、控制精度等方面有更高的技術(shù)要求，也是整個(gè)系統(tǒng)成敗的主要因素。而且，在工程技術(shù)上使用的熱電偶分度表，和根據(jù)分度表刻劃的測溫顯示儀表的刻度，都是根據(jù)冷端溫度為0℃而制作的。方式二可以較精確地測量儀器熱電偶接入點(diǎn)的環(huán)境溫度，這將成為系統(tǒng)整體測量精度的決定因素之一。 (3)高精度A／D采樣芯片+遠(yuǎn)端溫度傳感器。為減少中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，采用帶數(shù)字通信接口的高精度電量測量儀直接讀取這些信號，再通過數(shù)字通信送給上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，數(shù)字通信具有很強(qiáng)的抗干擾能力，對采樣數(shù)據(jù)不會產(chǎn)生任何誤差。 控溫?zé)犭娕际菭t溫實(shí)際溫度傳感器，系統(tǒng)中不再單獨(dú)設(shè)立控溫?zé)犭娕?，由?biāo)準(zhǔn)熱電偶代替，根據(jù)測得的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶熱電勢換算出當(dāng)前的爐內(nèi)溫度，這樣標(biāo)準(zhǔn)熱電偶既作為爐溫傳感器，又作為檢定標(biāo)準(zhǔn)偶。在控制領(lǐng)域中作為強(qiáng)有力的控制工具，極大地推動(dòng)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)達(dá)到恒溫要求后，計(jì)算機(jī)輸出數(shù)字量信號控制多路切換開關(guān)順序切換信號通道，通過串行通信口對數(shù)字測量儀發(fā)送命令，相應(yīng)改變數(shù)字測量儀的檔位和量程，順序讀取冷端電阻阻值和每支熱電偶的熱電勢［4］。 (二)PC6408開關(guān)量輸入輸出接口卡(1)性能指標(biāo)PC6408開關(guān)量輸入輸出接口卡適用于具有ISA總線的PC系列微機(jī)，具有很好的兼容性，CPU從目前廣泛使用的64位處理器直到早期的16位處理器均可適用，操作系統(tǒng)可選用Windows系列，在硬件的安裝上也非常簡單，使用時(shí)只需將接口卡插入機(jī)內(nèi)任何一個(gè)ISA總線插槽中，信號電纜從機(jī)箱外部直接接入。 7) 每組信號之間、各組信號與接口卡之間隔離電平：500V。所有的開關(guān)量輸出信號均帶有鎖存功能。37芯D型插頭可從主機(jī)后面引出并與外設(shè)連接。 功率單元采用進(jìn)口管芯單向反并聯(lián)晶閘管模塊，觸發(fā)器控制方式為調(diào)相控制，連續(xù)調(diào)壓，可自動(dòng)或手動(dòng)控制，自動(dòng)控制時(shí)，控制信號由D／A接口卡輸出的4～20mA接入；。； (2)正負(fù)半周脈沖不均衡度≤1176。該卡帶8路A／D輸入通道，2路D／A輸出通道，在熱電偶檢定系統(tǒng)中，只使用了它的其中l(wèi)路輸出。 一般在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該遵守的共同原則：可靠性高；操作性好；實(shí)時(shí)性強(qiáng)；通用性好；經(jīng)濟(jì)效益高等。對工作用熱電偶進(jìn)行檢定時(shí)，其300℃以上溫度點(diǎn)的檢定是在管式爐中完成的，這種管式爐長度為600mm，加熱管內(nèi)徑約為40mm。考慮到在實(shí)際的過程中，還存在延遲現(xiàn)象，所以被控對象檢定爐的數(shù)學(xué)模型中還有一個(gè)滯后環(huán)節(jié)。： PID控制系統(tǒng)的原理框圖 PID的數(shù)學(xué)模型可用下式表示： （） 其中：u(t)一控制器的輸出 e(t)一控制器的輸入，它是給定值和被控對象輸出值的差，稱偏差信號 KP一控制器的比例系數(shù) Ti一控制器的積分時(shí)間 Td一控制器的微分時(shí)間 在以微處理器為硬件核心的控制系統(tǒng)中，由于是以采樣周期對輸入和輸出狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，故它是離散時(shí)間控制系統(tǒng)。KP越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。由經(jīng)驗(yàn)得知控制過程對參數(shù)KP、KI、KD的自整定要求如下： (1)當(dāng)偏差|e|較大時(shí)，為了加速系統(tǒng)的響應(yīng)速度，應(yīng)取較大的KP；為了避免由于開始時(shí)，偏差e的瞬間變大可能出現(xiàn)的微分過飽和，使控制作用超出范圍，應(yīng)取較小的KD；為了防止系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，產(chǎn)生積分飽和，應(yīng)對積分作用加以限制，通常取KI=0，去掉積分作用。 由于模糊控制器輸出是一個(gè)模糊集合，它無法對精確的模擬或數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行控制，必須進(jìn)行精確化計(jì)算，得出此模糊集中最有代表意義的確定值，作為系統(tǒng)的輸出控制，采用重心法，即加權(quán)平均法［14］。 (4)控溫算法實(shí)現(xiàn)模塊 該模塊根據(jù)不同輸入偏差e和偏差變化率ec，通過檢索模糊控制查詢表，在線修正PID控制器的參數(shù)，再計(jì)算PID控制器的輸出值，由計(jì)算機(jī)的D／A接口輸出4～20mA信號，控制檢定爐的加熱電壓，達(dá)到檢定爐溫度自動(dòng)控制。第一個(gè)檢定點(diǎn)檢定完畢后，繼續(xù)升溫，又重復(fù)上述(3)、(4)步，直到所有檢定點(diǎn)檢定完畢［17］。系統(tǒng)一次可同時(shí)檢定八支熱電偶，對于熱電偶可實(shí)現(xiàn)簡便快捷、大批量、高精度的有效測試和檢定。 (4)系統(tǒng)的硬件和軟件均采用模塊化設(shè)計(jì)方案，為將來系統(tǒng)的升級與更新提供便利條件，同時(shí)也有利于系統(tǒng)的維護(hù)?！婊?77?！婊?77?！婊?77。%t