【正文】 ，不僅增加熱電偶的響應(yīng)時(shí)間，而且還使指示溫度 偏低。因此，在注意控制各種熱電偶測(cè)溫條件的同時(shí)， 也要定期對(duì)熱電偶進(jìn)行檢定。但是考慮到本軟件 所具 有 的特點(diǎn)：對(duì)象比較簡(jiǎn)單，非線性程度不高，大多數(shù)不具有時(shí)變性和模糊不確定性，而且設(shè)備的投資成本要求較低，比較適合采用常規(guī) PID 控制，故本課題中的 PID 控制算式就確定為 虛擬儀器結(jié)合 常規(guī)的 PID 控 制算式。 PID 控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)和可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書（畢業(yè)論文） 21 控制，尤其適用于 可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。 傳統(tǒng)的控制技術(shù)是以經(jīng)典控 制理論或現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來的， 具有原理簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制中具有重要作用，其中 PID 控制是傳統(tǒng)控制中的經(jīng)典控制方式之一。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書（畢業(yè)論文） 20 第四章 PID 控制算法簡(jiǎn)介 在測(cè)控系統(tǒng)中，被控量和操縱量確定之后，就可以根據(jù)對(duì)象的特性和對(duì)控制質(zhì)量的要求，選擇控制器的控制作用，由控制器按規(guī)定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)去推動(dòng)執(zhí)行器。 四、 熱電偶的劣化 。熱響應(yīng)時(shí)間要取決于傳感器的結(jié)構(gòu)及測(cè)量條件，差別極大。例如，對(duì)高溫高壓蒸汽管道和一般流體介質(zhì)管道，插入深度與其公稱通徑或管道外徑的大小有關(guān)。 理論與實(shí)驗(yàn)表明 ： 用集成溫度傳感器測(cè)量環(huán)境溫度，利用中間溫度定律和二次分度表查詢進(jìn)行線性插值，可以實(shí)現(xiàn)熱電偶的高精度測(cè)溫。 圖 熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 熱電偶采集被測(cè)溫度信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)儀表放大器放大， 濾波電路濾波后輸入到數(shù)據(jù)采集卡，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳給 PC。由于熱電偶熱電 勢(shì)和溫度之間的非線性以及冷端溫度的不穩(wěn)定，影響了測(cè)溫精度。 AD590是一種電流型的溫度傳感器， 因此具有較強(qiáng)的抗干擾能力，使用于計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量和控制，遠(yuǎn)距離信號(hào)傳遞時(shí)，可以采用一般的雙絞線來完成，其電阻比較大，因此不需要精密電源對(duì)其供電， 長(zhǎng)導(dǎo)線上的 壓降一般不影響測(cè)量精度，而且不需要溫度補(bǔ)償和專門的的線性電路，由于 AD590 上述的優(yōu)點(diǎn)，使其在溫度測(cè)量領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。它們被稱為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示：其中 G(S)為被控對(duì)象的傳遞函數(shù)， D（ S）為控制器的數(shù)學(xué)模型，也是控制算法，它是控制系統(tǒng)的核心。 模型的檢驗(yàn) 。采用 NI 的 LabVIEW/WEB Server 技術(shù)和 Datasocket 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)診斷對(duì)象的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控。這種思想對(duì)從根本上改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，降低實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理成 本，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有重要的參考價(jià)值。傳統(tǒng)臺(tái)式儀器制造水平不僅取決于設(shè)計(jì)，還依賴于工藝和加工水平，因此短期內(nèi)提高是有一定困難的。虛擬儀器設(shè)計(jì)所采用的圖形化編程語言，十分適合工程師應(yīng)用，有利于提高企業(yè)自主開發(fā)和管理項(xiàng)目的能力，降低工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)改造的成本。虛擬儀器技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)與儀器技術(shù)相結(jié)合的創(chuàng)新技術(shù)，應(yīng)用前景十分廣泛。如今， 許多插卡式的數(shù)據(jù)采 集主板同時(shí)還設(shè)置了技術(shù)先進(jìn)的直接存儲(chǔ)器存取 時(shí)以及兼容于多種主板的觸發(fā)功能，增強(qiáng)了主板之間的同步性和信號(hào)結(jié) 合性。同時(shí)，虛擬儀器面板上的顯示元件和操作元件的種類與形式不受“標(biāo)準(zhǔn)件”和“加工工藝”的限制，他們是由編程來實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)用戶的認(rèn)知要求和操作要求，設(shè)計(jì)儀器面板。前面板包括旋鈕、按鈕、圖形和其它的控 制 (controls)與顯示對(duì)象 (indieators)。這樣，不僅簡(jiǎn)化了開發(fā)過程，而且可生成按編譯速度執(zhí)行的可復(fù)用代碼。 LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶的工具，它可以增強(qiáng)用戶構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑，使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率，其主要特點(diǎn)可歸納為如下幾點(diǎn) ： (l)簡(jiǎn)單的方案 。 虛擬儀器的開發(fā)平臺(tái) — LabVIEW LabVIEW 是一種圖形化的編程語言，它是由美國 NI 公司推出的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，也是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境。其中， PCDAQ 系統(tǒng)是構(gòu)成Vl 的最基本的方式，也是最廉價(jià)的方式。虛擬儀器的構(gòu)成方式主要有五類。此外，用基于軟件體系結(jié)構(gòu)的虛擬儀器代替基于硬件體系結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)儀器，還 可以大大節(jié)約儀器的購買和維護(hù)費(fèi)用。 (2)突出“軟件就是儀器’的概念。在系統(tǒng)集成后，對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析、存儲(chǔ)、顯示，組建自己所需要的儀器。在測(cè)試系統(tǒng)和儀器設(shè)計(jì)中盡量用軟件代替硬件，充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)與儀器的功能。 文研究的重點(diǎn)和難點(diǎn) 電阻爐具有高度非線性、大時(shí)滯、大慣性、時(shí)變性等特點(diǎn)，應(yīng)用傳統(tǒng)的 PID 控制雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，卻依 賴于被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型且無法保證控制精度。利用虛擬儀器的巨大優(yōu)越性，改善電阻爐溫度的控制品質(zhì)，提高控制效果?？傊?，我國的電阻爐的控制設(shè)備的現(xiàn)狀不容樂觀，它主要有以下特點(diǎn) ： 一小部分比較先進(jìn)的設(shè)備和大部分比較落后的設(shè)備并存。一般電源電壓 220 伏或 380 伏，必要時(shí)配置可調(diào)節(jié)電壓的中間變壓器。按電熱產(chǎn) 生方式，電阻爐分為直接加熱和間接加熱兩種。首先，控溫精度要高。 PID controller。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有功能更豐富、處理速度更快、測(cè)量效率更高 、可擴(kuò)充性更好的優(yōu)點(diǎn)。 作為計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代儀器技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，虛擬儀器實(shí)現(xiàn)了在傳統(tǒng)測(cè)試?yán)碚摵涂刂?方法上的革命性突破。 In this paper, we use incremental PID control algorithm for autotuning parameters. As product of bination of the puter technology and modern equipment technology,it make a revolutionary breakthrough from traditional test and measurement methods .Compared with traditional instruments, virtual instrument has a more featurerich, faster processing speed, more effective measurement, the advantage of better this paper, the virtual instrument and intelligent temperature control is bined, we use LabVIEW to develop a set of selftuning PID control algorithm of the temperature control system. Paper provides an overview of the development of intelligent temperature control and the status , describes the development of virtual instrumentation and its salient features. Detailing the system design and implementation, including data acquisition, data processing, digital filtering and other functions of the Design and Implementation of modules. Keywords: virtual instrument。電阻爐是熱處理生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的加熱設(shè)備，這樣加熱時(shí)均溫過程的測(cè)量與控制就成為關(guān)鍵性的技術(shù)。輻射式電阻爐以輻射傳熱為主，對(duì)流傳熱作用較??；對(duì)流式電阻爐以對(duì)流傳熱為主，通常稱為空氣循環(huán)電阻爐，靠熱空氣進(jìn)行加熱，爐溫多低于 650℃ 。根據(jù)需要，爐內(nèi)氣氛可以是普通氣氛、保護(hù)氣氛或真空。但若被控對(duì)象發(fā)生變化，難于實(shí)時(shí)的調(diào)整控制參數(shù)，不能滿足實(shí)時(shí)控制的要求， 而且溫度變化曲線的 記錄不易實(shí)現(xiàn)。 論 文研究的主要內(nèi)容 本文以電阻爐為研究對(duì)象，針對(duì)電阻爐的溫度，在比較、研究不同控制策略的基礎(chǔ)上，主要對(duì) 虛擬儀器在電阻爐溫度控制中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。 (7)系統(tǒng)運(yùn)行檢驗(yàn)，并對(duì)所做工作進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)未來的研究作了展望。虛擬儀器概念的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義功能的工作模式，使得用戶可以根據(jù)自己的要求，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)。用戶通過鼠標(biāo)或鍵盤操作虛擬面板，檢驗(yàn)儀器的通信和操作。虛擬儀器將信號(hào)分析，顯示，存儲(chǔ)，打印和其他管理集中交由計(jì)算機(jī)來處理，充分利用了計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理，傳輸和發(fā)布能力，使得組建系統(tǒng)變得更加靈活、簡(jiǎn)單。虛擬儀器既可以作為測(cè)試儀器獨(dú)立使用，又可以通過告訴計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成復(fù)雜的 分布式測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試、監(jiān)控與故障診斷?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的情況采用不同的 I/O 接口硬件設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集卡 (DAQ)、 GPIB 總線儀器、 VXI 總線儀器、 PXI 總線儀器、串口儀器等。無論上述那種 Vl 系統(tǒng)，都是通過應(yīng)用軟件將儀器硬件與通用計(jì)算機(jī)相結(jié)合。隨著軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，軟件開發(fā)的模塊化、復(fù)用化，對(duì)各種硬件儀器的驅(qū)動(dòng)軟件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，將使 虛擬儀器軟件開發(fā)變得更加方 便。 LabVIEW 簡(jiǎn)化了虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)過程，縮短了系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試周期，它讓用戶從煩瑣的計(jì)算機(jī)代碼 編寫中解放出來，把大部分精力投入系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析當(dāng)中，而不再拘泥于程序細(xì)節(jié)。另外，它還有一個(gè)多線程和用于最大限度提高系統(tǒng)性能的優(yōu)化圖形編輯器。前面板是 LabVIEW 程序的圖形用戶接口，此接口集成了用戶輸入，并顯示程序的輸出，相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器的面板。這樣，在每個(gè)分面板上就可以實(shí)現(xiàn)功能操作的單純化與面板布置的簡(jiǎn)潔化，從而提高操作的準(zhǔn)確性和便捷性。用戶可以通過虛擬儀器來簡(jiǎn)化一臺(tái)復(fù)雜的獨(dú)立儀器的操作，虛擬儀器也可以只作為集中控制儀器的一個(gè)部分，只實(shí)現(xiàn)其中的一部分功能，其使用是相當(dāng)靈活的。它功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號(hào)校正器等多種普通儀器全部功能，配以專用探頭和軟件還可以檢測(cè)特定系統(tǒng)的參數(shù)，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、汽油標(biāo)號(hào)、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數(shù)等多種數(shù)據(jù) ； 它操作靈活，完全圖形化界面，風(fēng)格簡(jiǎn)約，符合傳統(tǒng)設(shè)備的使用習(xí)慣，用戶不經(jīng)培訓(xùn)即可迅速掌握 操作規(guī)程 ； 它集成方便不但可以和高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備構(gòu)成自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，而且可以和控制設(shè)備構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法使得實(shí)際工程人員很難掌握和修改專業(yè)人員編寫的軟件，工作積極性和創(chuàng)造力受到影響，許多項(xiàng)目實(shí)際效果并不理想。即使像數(shù)字萬用表，發(fā)生器等基礎(chǔ)測(cè)量?jī)x器，國產(chǎn)的與進(jìn)口的產(chǎn)品在功能上，易用性方面仍存在差距。利用這些虛擬儀器，學(xué)生在計(jì)算機(jī)上就可以學(xué)習(xí)和掌握儀器原理，功能與操作，并通過儀器與儀器，儀器與電路的相互配合，完成實(shí)際測(cè)試過程，達(dá)到與用實(shí)際儀器教學(xué)相同的目的。網(wǎng)絡(luò)化的虛擬儀器可以為遠(yuǎn)程故障診斷提供形象生動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)資源，增強(qiáng)臨場(chǎng)感。為獲取電阻爐針對(duì)仿真足夠精確的數(shù)學(xué)模型，其他的辨識(shí)方法和模型結(jié)構(gòu)也被加以比較和嘗試，如作圖法，兩點(diǎn)法獲取一階慣性加純滯后模型，二階慣性加純滯后系統(tǒng)模擬法等。本系統(tǒng)選用一階慣性加純滯后環(huán)節(jié)（ ）作為電阻爐模型。 熱電偶的分類 ： 目前， 使用較廣泛的熱電偶有幾十種，但國際電工委員會(huì)只對(duì)其中 D （ S ） G ( S )r e u_ y內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書（畢業(yè)論文） 15 幾種已被國際公認(rèn)，性能優(yōu)良和產(chǎn)量最大的熱電偶制定國際標(biāo)準(zhǔn)。 AD590 半導(dǎo)體集成溫度傳感器是一種二端式器件，測(cè)溫范圍 55150℃ ，工作電壓 430V， AD590 是一種恒流源形式的溫度傳感器，只需要在其二端加上一定工作電壓則其輸出電流隨溫度變化而變化，其線性電流輸出為 1uA/K， 即溫度每變化 1 攝氏度其輸出電流變化 1 毫安。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明 書（畢業(yè)論文） 17 電阻 爐熱電偶測(cè)溫 熱電偶是一種應(yīng)用廣泛的測(cè)溫儀表，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、能夠遠(yuǎn)距離傳送和多點(diǎn)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。 熱電偶測(cè)溫 的硬件由熱電偶傳感器、集成溫度傳感器 、 AD590、信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡及 PC 四部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。軟件自動(dòng)顯示冷、熱端溫度及電壓，畫出溫度變化曲線。金屬保護(hù)管因其導(dǎo)熱性能好，其插入深度應(yīng)該深一些。在測(cè)溫時(shí)需要保持一定時(shí)間，才 能使兩者達(dá)到熱平衡， 而 保 持時(shí)間的長(zhǎng)短，同測(cè)溫元 件的熱響應(yīng)時(shí)間有關(guān)。因此，除了定期檢定外，為了減少誤差，經(jīng)常抽檢套管是否結(jié)焦 也是必要的。 盡管熱電偶測(cè)溫誤差會(huì)因?yàn)椴迦肷疃?、熱響?yīng)時(shí)間、熱輻射及熱阻抗、熱電偶劣化等因素而存在，但如果能夠清楚誤差產(chǎn)生的原因，掌握解決辦法，并積極采取相應(yīng)有效的補(bǔ)償措施，仍然能減小測(cè)溫誤差，提高測(cè)量準(zhǔn)確度，從 而延長(zhǎng)熱電偶的使用壽命。 PID 控制和智能控制的介紹 PID 控制技術(shù)。而實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程往往具有非線性、時(shí)變 性、 不確立性，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用常規(guī) PID 控制器不能達(dá)到理想的控制效果；而 在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中，由于受到參數(shù)整定方法煩雜的困擾，常規(guī) PID 控制參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，對(duì)運(yùn)行工況的適應(yīng)性較差 ， 鑒于此情況，人們一直在研究 PID 參數(shù)的自動(dòng)整定技術(shù)，以適應(yīng)復(fù)雜