【正文】 為敘述方便，我們將兩個(gè)控制器分別進(jìn)行討論。 對(duì)于小閉環(huán)來說，干燥道 5個(gè)溫區(qū)就是 5個(gè)不同參數(shù)的控制對(duì)象，但每一個(gè)溫區(qū)的控制系統(tǒng)框圖是相同的，如圖 。 軟件控制器的原理介紹及討論 其中控制對(duì)象的熱交換器猶如一個(gè)用暖氣片加熱的大溫箱，它本身具有很大的慣性和滯后。控制器通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 (開、關(guān)、停 3狀態(tài) )控制蒸氣進(jìn)入量，從而達(dá)到控溫目的。所以可以考慮的控制方案有：簡(jiǎn)單開關(guān)控制、死區(qū)控制、差值時(shí)間比例控制、差值時(shí)間 PID控制等。 前 3種方法我們都編了程序并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)，均未取得理想效果。 至于 PID差值 —— 時(shí)間控制，其公式為： Y＝ K1ΔTi+K2∑=0ΔTj+K3(ΔTjΔTj1) (開關(guān)時(shí)間正比于 Y值 ) i j 這種控制器用微處理機(jī)來實(shí)現(xiàn)并不困難，但由于 PIDK1,K2,K3要根據(jù)各溫區(qū)的固有參數(shù)(滯后時(shí)間，慣性大小 )來分別整定，而測(cè)量這些固有參數(shù)又十分困難，所以不但要占用大量機(jī)器內(nèi)存，而且調(diào)試手續(xù)十分繁復(fù)。過去廠里用常規(guī)儀表 PID來控制未取得理想效果，其原因也在于此。所以，采用了另一種特殊的控制方法。它可以用下面的公式來描述： Δ Ti＜ ε，且 dTi/dt＞ 0 Δ Ti＞ ε，且 dTi/dt＜ 0時(shí)，閥門開 其他情況時(shí)，閥門停 其中 ΔTi＝ T給 Ti， ε為死區(qū)。 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和半年以上的運(yùn)行證明效果良好。平均溫度被控制在 T給 177。 ℃ ，波峰值小于 1℃ 。 用圖 。 圖 當(dāng)實(shí)際溫度 Ti到達(dá) A點(diǎn)以前，即 ε＜ ΔTi＜ εTi Ti離開死Ti小于最大值 (B點(diǎn) )，則滿足 ΔTi＝ T給 Ti＜ ε，且 dTi/dt＞ 0的條件。閥門則迅速關(guān)下，使溫度開始下降。而當(dāng) Ti一開始下降 (B點(diǎn)以后 )，dTi/dt＜ 0，不再滿足上述條件，閥門就停止在這位置上，一直到 D點(diǎn)， Ti的變化又開始滿足另一條件ΔTi＝ T給 Ti＞ ε，且 dTi/dt＜ 0，閥門才重新開啟 …… 這種控制方法很像微分控制。但由于它不是依據(jù)對(duì)象參數(shù) (時(shí)間常數(shù) )而是依據(jù)輸出情況來判斷改變控制器的輸出，它不僅考慮了實(shí)際溫度與給定值的偏差，而且還考慮了實(shí)際溫度的變化趨勢(shì)，所以它對(duì) 不同的干燥道溫段都同樣可以達(dá)到減小超調(diào)和波動(dòng)的目的。亦即有一定的自適應(yīng)效果。這樣，調(diào)整控制器參數(shù)的過程就被大大地簡(jiǎn)化，便于應(yīng)用。實(shí)際使用時(shí)只需編制一個(gè)控制程序 (控制器 )而不需要對(duì) 5個(gè)溫段分別進(jìn)行編程。 當(dāng)然，編程時(shí)還應(yīng)考慮其他一些細(xì)節(jié)問題，例如 5個(gè)溫段的控制次序、 Ti偏離給定值過大時(shí)應(yīng)加強(qiáng)控制(即讓閥門全開或全閉 )、對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲濾波 上面敘述的小閉環(huán)只解決了各溫度段的控制精度和調(diào)節(jié)速度問題。開機(jī)時(shí)人工設(shè)定的溫度給定值僅僅是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不一定對(duì)各種相紙 (或膠片 )都合適，何況即使暫時(shí)合適了，也會(huì)由于大氣變化、乳劑流 量的波動(dòng)和乳劑濃度變化等因素使相紙干燥后含濕量達(dá)不到要求。為了保證含濕量一定，就必須隨時(shí)修正溫度給定值。大閉環(huán)就是為了這個(gè)目的而設(shè)置的。 圖 出來送給微處理機(jī)，微處理機(jī)定時(shí)地把該測(cè)量值與含濕量給定值進(jìn)行比較，如發(fā)現(xiàn)不合適則修改各溫段的溫度給定值。由于各段溫度給定值存放在微處理機(jī)的內(nèi)存中，且實(shí)現(xiàn)了機(jī)器自動(dòng)修改，它比人工調(diào)節(jié)儀表或閥門要快得多而且也準(zhǔn)確得多。另外，修改方案也可以各式各樣，非常方便。 實(shí)際系統(tǒng)中可以采用帶優(yōu)先權(quán)的逐個(gè)修改法。這種方法實(shí)質(zhì)上是把工人實(shí)際經(jīng)驗(yàn)程序化，也就是先調(diào) 整對(duì)干燥影響最大的溫段溫度，當(dāng)該溫段溫度調(diào)到極限值 (工藝要求 )后，按優(yōu)先權(quán)次序，再調(diào)整下一溫段的溫度 …… 具體做法只要在運(yùn)行時(shí)調(diào)整定時(shí)時(shí)間 (間隔一定的時(shí)間再進(jìn)行修改 )即可達(dá)到較好的效果。 大、小閉環(huán)中的兩個(gè)控制器都是由微處理機(jī)完成的，亦即硬件軟件化。另外為了充分利用微處理機(jī)的功能我們還編制了顯示、鍵掃描 (便于人機(jī)對(duì)話 )、打印等程序。主程序流程如圖 。 圖 圖 ，其中大環(huán)控制子程序和采樣控制子程序即為相應(yīng)的大閉環(huán)和小閉環(huán)中的控制器。由于整個(gè)軟件系統(tǒng)采用了子程序化模塊化，所以不但便于設(shè)計(jì)和調(diào)試，而且也便于今后的修改和擴(kuò)展。另外，程序可全部固化在EPROM中，所以也十分便于使用、保存和推廣應(yīng)用。 單片機(jī)在稱重裝置中的應(yīng)用 微電子技術(shù)的發(fā)展帶來了衡器具產(chǎn)品的革命，目前廣泛使用的稱重系統(tǒng)即為微型計(jì)算機(jī)化的電子秤。商用計(jì)價(jià)電子秤就是微型計(jì)算機(jī)稱重系統(tǒng)的典型實(shí)例。 商用計(jì)價(jià)電子秤的功能 商用計(jì)價(jià)電子秤主要是指在零售商店使用的、可以同時(shí)給出所稱重物的重量、單價(jià)和金額的盤秤，臺(tái)秤等。電阻應(yīng)變式電子秤是目前使用最普遍的一種商用計(jì)價(jià)秤 (見圖 )。它主要由秤盤、秤體 (包括傳力機(jī)構(gòu)、稱重傳感器及一些附件 )和顯示儀表等 3部分所組成。量程主要有 15kg/5g、 6kg/2g和 3kg/1g 三種規(guī)格；精度為 1/1000；顯示位數(shù)為：重量 5位，單價(jià) 5位，金額 6位?；竟δ苤饕校? 圖 (1) 稱重和計(jì)價(jià)功能。在正常稱量狀態(tài)下，在秤盤上放上重物后，重量、單價(jià)和金額就會(huì)同時(shí)在各自的窗口顯示出來。如果重物的重量超過秤的量程，所有顯示將熄滅。當(dāng)金額超過 6位時(shí)，金額顯示將熄滅。 圖 (2) 零位自動(dòng)調(diào)整功能。在重量滿量程的 177。 2%以內(nèi)，有零位自動(dòng)調(diào)整功能。就是當(dāng)電源開關(guān)接通時(shí)，如秤盤上沒有重物，數(shù)碼管閃爍兩次后，全部數(shù)字顯示零。如果秤盤上有重物，且超過零位的調(diào)整范圍，所有數(shù)字顯示均熄滅，但“零位錯(cuò)誤標(biāo)志”亮。當(dāng)除去秤盤上的重物，然后按下“置零”鍵，全部數(shù)字顯示即可回零，同時(shí)“零位標(biāo)志”亮，表示秤的 (3) 扣除皮重功能。當(dāng)在秤盤上放上重物的包裝皮，將有皮重顯示，當(dāng)按下“去皮”鍵后，皮重就自動(dòng)裝入單片機(jī)，重量顯示為零，“去皮標(biāo)志”亮。當(dāng)把重物的包裝皮從秤盤上取下之后，重量顯示負(fù)的皮重，且“零位標(biāo)志”和“去皮標(biāo)志”同時(shí)亮。要更換皮重時(shí)， 可先把新的包皮放在秤盤上，然后按下“去皮”鍵，原來的皮重就會(huì)自動(dòng)的調(diào)換成新的皮重。要清除原來的皮重，需把重物和包皮同時(shí)取下后，按下“去皮”鍵，皮重即被清除，且“去皮標(biāo)志”滅。 (4) 單價(jià)設(shè)定功能。重物的單價(jià)可以使用單價(jià)設(shè)定鍵盤上的數(shù)字鍵，在任何狀態(tài)下置入，并可用“清除”鍵清除，或者用數(shù)字鍵進(jìn)行改寫，“ 00”鍵可以一次置入 2個(gè)“ 0”，簡(jiǎn)化了操作。 圖 硬件結(jié)構(gòu) 上述商用計(jì)價(jià)電子秤微機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖。它由 8098單片微機(jī) (包括程序存儲(chǔ)器 )、數(shù)據(jù)采集通道 (包括傳感器，放大器 )、鍵盤顯示及其驅(qū)動(dòng)電路和標(biāo)定系數(shù)設(shè)定開關(guān)及其接口電路等幾部分組成。 程序流程設(shè)計(jì) 商用計(jì)價(jià)電子秤的總體程序流程如圖 。流程共分零位自動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)稱量?jī)蓚€(gè)部分。接通電源后的2s內(nèi)為零位自動(dòng)調(diào)整過程。開機(jī) 2s后進(jìn)入自動(dòng)稱量。零位自動(dòng)調(diào)整范圍為滿量程的 2%。如果空秤時(shí)，儀表輸入超過 2%FS，便不能自動(dòng)調(diào)整，“零位錯(cuò)誤標(biāo)志”燈亮。儀表零位自動(dòng)調(diào)整好由“零 位標(biāo)志”燈亮指示。在空秤時(shí)，輸入重量小于 2%FS的條件下，按下“置零”鍵，“零位標(biāo)志”燈才亮。只有在“零位標(biāo)志”燈亮后才能進(jìn)行正常稱量。滿量程超載的標(biāo)志是全部數(shù)字顯示熄滅。當(dāng)“金額”超過 6位數(shù)字顯示時(shí)，“金額”的數(shù)字顯示熄滅，作為金額超限標(biāo)志。單價(jià)設(shè)定與秤盤上有無重物無關(guān)。 習(xí)題 微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用一般可以分成若干類型，各有何特點(diǎn) ? 為什么在計(jì)算機(jī)應(yīng)用上經(jīng)常要使用 A/D及 D/A轉(zhuǎn)換器 ?它們各有什么用途 ? 在 可以用 PLC來代替微型 (單板 )計(jì)算機(jī) ?試作一電路原理簡(jiǎn)圖以說明之。 微型計(jì)算機(jī)在開環(huán)及閉環(huán)控制系統(tǒng)中各起什么主要作用 ?用微型計(jì)算機(jī)于控制系統(tǒng)中比不用計(jì)算機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是什么 ?可根據(jù)各人所從事的專業(yè)工作體會(huì)舉一例說明之。 微型計(jì)算機(jī)用以控制多對(duì)象，或一個(gè)多參數(shù)的對(duì)象的復(fù)雜過程，尤其在最優(yōu)化控制系統(tǒng)中更顯出其優(yōu)點(diǎn)。試就你的專業(yè)工作擬定一個(gè)較為有意義的控制系統(tǒng)的方塊圖，并作相應(yīng)的描述，指出其經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。 單片微型計(jì)算機(jī) (簡(jiǎn)稱單片機(jī) )是機(jī)電一體化的核心。試就你所知的機(jī)械、儀器、實(shí)驗(yàn)室裝置及日用或商業(yè)用的設(shè)備舉出一兩項(xiàng)可以采用單片機(jī)的設(shè)備，并說明單片機(jī)在其中所起的作用。