【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 (5)而Q輻比較復(fù)雜，為了使問題簡(jiǎn)化，我們規(guī)定和實(shí)際情況較為接近的假設(shè)條件，以便分析。如：火焰充滿空間、而且溫度各處均勻；窯內(nèi)表面溫度均勻等。得到的玻璃液獲取的凈輻射熱（）為 (6)式中：——窯壁對(duì)玻璃液的角度系數(shù)，=；——玻璃液表面積；——窯內(nèi)表面積。對(duì)于玻璃液本身來說，其導(dǎo)熱系數(shù)很小，因此靠熱傳導(dǎo)方式把表層冷(熱)量傳到深層的數(shù)量不大。而直接的熱輻射只能透過很薄的一層玻璃液。因此玻璃液本身的熱輻射是通過薄薄一層一層玻璃液逐層的以輻射方式向上、想下傳遞的。這種傳熱方式與玻璃也的吸熱性關(guān)系極大。 隧道窯溫度控制系統(tǒng)的控制方案選擇窯爐溫度控制是熔化池溫度控制、冷卻池溫度控制和通道溫度控制的統(tǒng)稱，其控制效果的好壞直接關(guān)系到成品玻璃液質(zhì)量的優(yōu)劣，因此說窯爐溫度的穩(wěn)定極為重要。對(duì)于熔化部溫度控制來說，由于測(cè)溫電偶與燃燒噴槍噴火口在同一截面上，測(cè)溫點(diǎn)與燃燒火頭的距離很近，因此通道燃料的改變能迅速引起測(cè)溫點(diǎn)的溫度變化，使得通道溫度對(duì)象慣性較小，幾乎沒有滯后，用單回路控制系統(tǒng)即可。由于在實(shí)際生產(chǎn)過程中需要加工不同規(guī)格的產(chǎn)品，此時(shí)相應(yīng)的工藝要求也隨之改變，因此需要在上位機(jī)不斷更改溫度的設(shè)定值。在這種情況下，以往的控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值如此頻繁變化的場(chǎng)合就顯得調(diào)整周期過長(zhǎng)，而且當(dāng)設(shè)定值迅速變化時(shí)，在PID算式中會(huì)引起控制輸出變量過大增長(zhǎng)，對(duì)系統(tǒng)造成沖擊，影響窯爐系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。由前面的分析可知，玻璃窯爐是一個(gè)變參數(shù)大滯后過程。滯后過程的主要控制困難是不能及時(shí)得到控制作用的反饋信息。因?yàn)楫?dāng)前施加的控制作用，需要經(jīng)過一段滯后時(shí)間才會(huì)在輸出中反映出來，等到控制效果能通過輸出測(cè)量時(shí)，此時(shí)的控制作用強(qiáng)度往往已過了頭；另一方面，當(dāng)對(duì)象受到干擾而引起被調(diào)量改變時(shí)，由于滯后的存在使控制器產(chǎn)生的控制作用不能及時(shí)對(duì)于擾產(chǎn)生抑制作用。如此，嚴(yán)重影響了控制系統(tǒng)的性能，使得控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性交差、超調(diào)量大、調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)。純滯后對(duì)象也因此而成為難控的對(duì)象。而且，純滯后占整個(gè)動(dòng)態(tài)過程的時(shí)間越長(zhǎng)，難控的程度越大。如果過程的滯后對(duì)問具有時(shí)變特性，將使問題更加復(fù)雜。為了解決這一問題，可以使用模糊控制的智能控制方法改進(jìn)常規(guī)PID控制方法。模糊控制的優(yōu)點(diǎn)是不需要被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，而且具有很強(qiáng)的魯棒性，因而非常適合于不確定系統(tǒng)。模糊控制(FC)吸取了人的思維具有模糊性的特點(diǎn)，以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)，從行為上模擬人的近似推理和決策過程。該方法最終控制形式簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，是一種實(shí)用控制方法。大量的工程實(shí)踐表明，模糊控制主要適用于那些由于非線性和其它建模復(fù)雜性引起的結(jié)構(gòu)或參數(shù)未建模的系統(tǒng)的控制。同基于精確數(shù)學(xué)模型的控制方法相比，模糊控制在處理不精確與啟發(fā)式知識(shí)、控制具有高度不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)具有明顯的優(yōu)越性。普通模糊控制器的設(shè)計(jì)一般分為三步：(1)選取適當(dāng)?shù)恼Z言變量，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的偏差e及偏差變化率如將精確量轉(zhuǎn)化為以隸屬度函數(shù)表示的模糊量E及EC。(2)根據(jù)控制規(guī)則用程序進(jìn)行推理，確定控制量u和控制增量du對(duì)應(yīng)的隸屬度關(guān)系。(3)依掘某一準(zhǔn)則(如重心法)進(jìn)行模糊評(píng)判，得出控制量或控制增量，然后進(jìn)行反模糊化完成由模糊量到精確量的轉(zhuǎn)化，施于被控制對(duì)象。玻璃窯爐的模糊控制實(shí)現(xiàn)的溫度控制采用雙輸入、單輸出模糊控制，輸入變量為窯爐溫度誤差e和誤差變化率，輸出變量為煤氣流量的增量出，相應(yīng)的語言變量分別用E、EC、DU表示。3 硬件設(shè)計(jì)該系統(tǒng)硬件電路是以AT89C52單片機(jī)為核心的單片機(jī)控制系統(tǒng)，并配有多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、溫度檢測(cè)、信號(hào)放大、功率放大及執(zhí)行電路、顯示、報(bào)警電路等部分構(gòu)成。硬件電路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。圖31 硬件電路結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路：首先由熱電偶采集燒結(jié)爐的溫度值，通過多路模擬開關(guān)選擇一個(gè)通道，由A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。單片機(jī)AT89C52接受到前級(jí)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，把處理后的數(shù)據(jù)送給上位機(jī)，供用戶用高級(jí)語言處理、打印等，并把上一級(jí)指令反饋給單片機(jī)，進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)選用單片機(jī)AT89C52為主機(jī)。AT89C52是一種低能耗、低電壓、高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個(gè)8 kB的Flash可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器(EPROM)，56字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及32個(gè)I/O口。它采用了CMOS工藝和AIMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS51相兼容，片內(nèi)的Flash存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)編程或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來編程。因此，AT89C52是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其P0口作數(shù)據(jù)線；P1口與報(bào)警電路和數(shù)據(jù)采集電路相連；P2口用作地址線；P3口用作讀、寫控制和中斷控制以及多路開關(guān)的控制。AT89C52管腳圖如圖32所示。圖32 89c52管腳圖 溫度檢測(cè)電路熱電偶溫度傳感器可用于從室溫到1000oC以上范圍內(nèi)的溫度測(cè)量，測(cè)量范圍廣，精度高。本系統(tǒng)采用鉑銠一鉑熱電偶或者鉑銠一鉑銠熱電偶作為溫度傳感元件，冷端補(bǔ)償由AD592型集成溫度傳感器、RRR10和RP1構(gòu)成。AD592是由美國(guó)模擬器件公司(ADI)推出的一種電流輸出式模擬集成溫度傳感器。其主要特點(diǎn)如下：(1) 測(cè)溫精度高。在單電源供電的情況下，測(cè)量精度最高可達(dá)177。?C(典型值)。測(cè)量范圍是25?C~+105?C。ADC592的重復(fù)性誤差和長(zhǎng)期穩(wěn)定性均小于177。?C。(2) 它屬于兩端集成溫度傳感器，外圍電路簡(jiǎn)單。在常溫測(cè)量領(lǐng)域可替代電熱調(diào)節(jié)器、電阻式溫度傳感器、PN結(jié)等傳統(tǒng)溫度傳感器。ADC592的電流溫度系數(shù)為1μA/K。(3) 輸出阻抗高，互換性強(qiáng)。電壓范圍為+4V~+30V。由ADC592構(gòu)成的熱電偶冷端補(bǔ)償電路如下圖33所示。所謂冷端補(bǔ)償就是在熱電偶的冷端人為地加入一個(gè)受同一環(huán)境溫度控制、并接與熱電偶具有相同電壓溫度系數(shù)的相反極性的補(bǔ)償電勢(shì)E1,從而使冷端的總熱電勢(shì)不再隨著環(huán)境溫度變化而變化。圖中ADC592和電阻R8來提供E1，其極性為上端正，下端負(fù)，并且 (7)圖33 溫度檢測(cè)及信號(hào)處理電路傳感器檢測(cè)到的溫度，存在線性誤差，要進(jìn)行校正，作為對(duì)誤差的修正補(bǔ)充，保證系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行時(shí)的溫度與設(shè)定溫度值一致。由熱電偶采集的溫度信號(hào)經(jīng)AD693熱電偶模塊處理后作為輸入信號(hào)傳遞給單片機(jī)，經(jīng)PID運(yùn)算后的輸出量以脈沖寬度調(diào)制的方式輸出到固態(tài)繼電器， 通過調(diào)整占空比來調(diào)節(jié)加熱器的輸出功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱爐溫度的控制． 信號(hào)處理電路系統(tǒng)采用AD693作為信號(hào)調(diào)理電路，AD693是ADI公司推出的單片信號(hào)調(diào)理器，它具有高精度、多功能的特點(diǎn)。其管腳圖如圖34所示。AD693適用于傳感檢測(cè)系統(tǒng)、工業(yè)過程控制系統(tǒng)及自動(dòng)化儀表領(lǐng)域。具有以下性能特點(diǎn)：(1) 內(nèi)含可編程輸入放大器、U/I轉(zhuǎn)換器和多路輸出式基準(zhǔn)電壓源。其中+177。3mV。利用+、4mA和12mA的調(diào)零電流。(2) 輸出電流形式有三種：4mA~20mA、0~20mA和12mA177。8mA。(3) 輸入電壓范圍和電流零點(diǎn)均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，二者互不影響。(4) AD693通常由環(huán)路電源供電，特殊情況下也可以有本地電源單獨(dú)供電。工作電壓允許范圍為+12V~+36V，靜態(tài)工作電流為500μA。圖34 AD693管腳圖由于熱電偶本身的非線性，加上測(cè)量方法產(chǎn)生的誤差，將使檢測(cè)精度可能低于系統(tǒng)要求。對(duì)此，進(jìn)行溫度測(cè)量的線性補(bǔ)償顯得很有必要。在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，有可能在不增加硬件開支的情況下，充分利用單片機(jī)的運(yùn)算能力通過編程實(shí)現(xiàn)傳感器實(shí)現(xiàn)線性化。目前廣泛采用的方法是折線近似法。將實(shí)測(cè)的溫度曲線分成若干分段，每段用直線代替曲線，再使用插值法根據(jù)曲線特型計(jì)算相應(yīng)的溫度。分段越多，計(jì)算結(jié)果就精度越高。但這種方法計(jì)算的工作量較大，且會(huì)產(chǎn)生計(jì)算誤差。簡(jiǎn)單的方法是采用表格法。將測(cè)量范圍內(nèi)的溫度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)建立表格，按照實(shí)際測(cè)量溫度值查表，即可得出較為精準(zhǔn)的溫度。該系統(tǒng)拓展X25045芯片一片，該芯片集看門狗定時(shí)器、工作電壓檢測(cè)和5128位E2PROM于一體。存儲(chǔ)器可用于存放表格，在單片機(jī)內(nèi)RAM不敷使用的情況下也可用來存放數(shù)據(jù)處理的中間結(jié)果。該系統(tǒng)采用三線制連接方法，如圖35所示，連接單片機(jī)方法參見附錄1總電路圖的相關(guān)部分。圖35 線性化處理電路 A/D轉(zhuǎn)換電路采用ICL7109構(gòu)成A/D轉(zhuǎn)換電路。ICL7109為美國(guó)Intersil公司生產(chǎn)的帶有微機(jī)接口的單片CMOS雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。ICL7109采用雙積分工作原理，轉(zhuǎn)換速率不高，但可滿足該系統(tǒng)對(duì)采樣速率的要求。該片有較強(qiáng)的抗噪聲干擾能力，這對(duì)于保證整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)控制與控制精度是非常有利的。、字節(jié)使能端HBEN、LBEN及CE/LOAD端相連，用以控制A/D轉(zhuǎn)換。，并定義為輸入，用以檢測(cè)芯片的工作狀態(tài)。方式選擇端MODE接地，置A/D轉(zhuǎn)換器為直接輸出工作方式。這樣在片選和字節(jié)使能端信號(hào)的控制下CPU可以直接讀取A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)片內(nèi)各種操作的時(shí)間基準(zhǔn)。AT89C52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1（X1）和XTAL2（X2）分別是此放大電器的輸入端和輸出端。該反向放大器可配置為內(nèi)部振蕩。在其外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱晶振)或陶瓷諧振器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，時(shí)鐘電路如圖36所示。圖36 時(shí)鐘電路 溫度重置電路~。閉合K4時(shí)，“0”，表示設(shè)置控制溫度1；閉合K3時(shí)，設(shè)置控制溫度2；閉合K2時(shí)，設(shè)置控制溫度3。K1為降溫控制開關(guān)，閉合K1時(shí)，停止加熱，系統(tǒng)進(jìn)入降溫階段，~，發(fā)現(xiàn)一開關(guān)閉合，即設(shè)置對(duì)應(yīng)的控制溫度，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的工作過程。 顯示接口電路用AT89C52的串行口擴(kuò)展四片串/，實(shí)時(shí)顯示各合成裝置的溫度，。 功率放大及執(zhí)行電路采用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，步進(jìn)電機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種串行D/A轉(zhuǎn)換器，其作用是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的位移量。他的特點(diǎn)是：(1) 步距值不受各種干擾因素的影響，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的速度取決于脈沖信號(hào)的頻率，而轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的總位移量則取決于總得脈沖個(gè)數(shù)；(2) 步進(jìn)誤差不長(zhǎng)期積累，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，累計(jì)的誤差就清零；(3) 控制性能好。啟動(dòng)、停車、反轉(zhuǎn)及任何的運(yùn)行方式改變都在少數(shù)的步進(jìn)脈沖里完成，在一定的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，任何運(yùn)行方式都不會(huì)丟失一步。由于步進(jìn)電機(jī)具有快速啟停，精確步進(jìn)以及能直接接受數(shù)字量的特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中的位置控制系統(tǒng)中，不用位移傳感器也能實(shí)現(xiàn)精確定位，因而得到廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)使用三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，型號(hào)是55BF004。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由步進(jìn)控制器、功率放大器及步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成。步進(jìn)控制器包括環(huán)脈沖分配器，控制邏輯及正反轉(zhuǎn)控制門，其作用是把輸出脈沖信號(hào)按一定順序進(jìn)行分配再通過功率放大送入步進(jìn)電機(jī)繞組，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的軟件功能為步進(jìn)電機(jī)的控制開辟了新的途徑。利用單片機(jī)的軟件或采用軟件與硬件電路相結(jié)合的方法，不僅代替了上述硬件控制邏輯，而且使控制功能增強(qiáng)，用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制方案，既可以使電路簡(jiǎn)化，降低成本，也可以使可靠性及靈活性大大提升。該系統(tǒng)采取的步進(jìn)電機(jī)控制電路見總電路圖的相關(guān)部分(圖中只畫出了其中的一相)。、