【正文】 之間，其誤差為士 ℃，為測(cè)量溫度的 %。本系統(tǒng)采用 級(jí)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）19K 型熱電偶。 電阻爐熱電偶測(cè)溫?zé)犭娕际且环N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)。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。傳統(tǒng)的冷端及非線性補(bǔ)償方法主要有以下兩種：一是基于硬件的補(bǔ)償，但補(bǔ)償電路復(fù)雜，成本較高，精度不夠；二是基于軟件的補(bǔ)償，通過微機(jī)進(jìn)行擬合或插值實(shí)現(xiàn)修正，普通的軟件補(bǔ)償對(duì)工作人員編程能力要求較高，計(jì)算量大，實(shí)時(shí)性不是很好。因此，傳統(tǒng)補(bǔ)償方法在很多場(chǎng)合己經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代測(cè)溫的要求。而虛擬儀器的出現(xiàn)可以較好的解決這樣一些問題。虛擬儀器充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算、存儲(chǔ)、顯示以及文件管理等智能功能，可以把傳統(tǒng)儀器的功能軟件化。在眾多虛擬儀器應(yīng)用軟件中，又以美國(guó)國(guó)家儀器公司開發(fā)的圖形化編程語言 LabVIEW 最受專業(yè)人員的青睞。LabVIEW 軟件開發(fā)系統(tǒng)是用工程人員所熟悉的術(shù)語和圖形化符號(hào)代替常規(guī)的文本語言編程，界面友好，操作方便，可大大縮短系統(tǒng)的開發(fā)周期和開發(fā)人員的負(fù)擔(dān)，使其將主要精力集中投入到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，而不再是具體軟件細(xì)節(jié)的推敲上。 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。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。集成溫度傳感器 AD590 測(cè)量實(shí)時(shí)環(huán)境溫度實(shí)現(xiàn)冷端補(bǔ)償，AD590 是由美國(guó)模擬器件公司(AD)生產(chǎn)的恒流源式模擬集成溫度傳感器，它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器的特點(diǎn)，測(cè)量誤差小、體積小、微功耗，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫，不需要進(jìn)行非線性校正。通過取樣電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為前 置 放 大AD590 濾 波前 置 放 大 數(shù) 據(jù) 采集 卡 PC基 于LABVIE熱 電 偶 測(cè)溫 儀熱 電 偶內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）20電壓信號(hào)，經(jīng)放大后，由數(shù)據(jù)采集卡采集進(jìn)入 PC。由基于 LabVIE1V 的軟件采用二次查表法加線性插值實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量與顯示。實(shí)驗(yàn)在 CSY2022C 型傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供了加熱源( 200℃可調(diào))，高精度溫度控制儀， K，E 型熱電偶，集成溫度傳感器 AD590，調(diào)理電路模板等實(shí)驗(yàn)器件。實(shí)驗(yàn)時(shí) K 型熱電偶插入加熱源測(cè)量熱源的溫度，AD590 測(cè)量實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度。運(yùn)行測(cè)溫軟件，設(shè)定溫度值為 100℃+n X△t ，△t=5℃ ， n=0， 1，2……18，每隔一段時(shí)間，按下前面板的“顯示結(jié)果”按鍵進(jìn)行測(cè)量。軟件自動(dòng)顯示冷、熱端溫度及電壓，畫出溫度變化曲線。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。同時(shí)充分利用虛擬儀器發(fā)展的最新成果，將許多以前用硬件或人工計(jì)算所做的工作通過軟件來實(shí)現(xiàn)，大大提高了檢測(cè)效率，節(jié)約了成本，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)試的許多弊端，必將是測(cè)控技術(shù)發(fā)展的個(gè)方向。 偶測(cè)溫誤差分析一、插入深度。測(cè)溫點(diǎn)的選擇：熱電偶的安裝位置，即測(cè)溫點(diǎn)的選擇是最重要的，選擇測(cè)溫點(diǎn)時(shí)應(yīng)具有典型性、代表性，否則將失去測(cè)量與控制的意義。測(cè)溫元件應(yīng)安裝在測(cè)量值能代表被測(cè)介質(zhì)溫度的位置，不得裝在管道和設(shè)備的死角，且不應(yīng)受到劇烈震動(dòng)和沖擊。插入深度的控制：熱電偶測(cè)溫時(shí)，沿著傳感器長(zhǎng)度方向會(huì)產(chǎn)生熱流，如果冷熱端溫差較大，就會(huì)有熱損失產(chǎn)生，這將導(dǎo)致熱電偶熱端溫度比被測(cè)實(shí)際溫度偏低而產(chǎn)生測(cè)溫誤差。為了解決這種由熱傳導(dǎo)引起的誤差，必須保證熱電偶有足夠的插入深度，而插入深度又與保護(hù)管材質(zhì)有關(guān)。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。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)。見下表：表 高溫高壓蒸汽管道和一般流體介質(zhì)管道的插入深度一覽表高溫高壓蒸汽管道 一般流體介質(zhì)管道公稱通徑或管道外徑≤250mm ＞250mm ≤500mm ＞500mm插入深度 70mm 100mm 管道外徑的 300mm從表可以看出，對(duì)高溫高壓蒸汽管道的公稱通徑小于等于 250mm 時(shí)，插入深度宜為內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）2170mm。公稱通徑大于 250mm 時(shí)，插入深度宜為 100mm，一般流體介質(zhì)管道的外徑小于等于 5 0 0mm 時(shí)，插入深度宜為管道外徑的 1/2 外徑大于 500mn 時(shí)，插入深度宜為300mm。當(dāng)然，具體插入深度還必須兼顧容器體積或管道內(nèi)徑等因素。對(duì)于實(shí)際工程測(cè)溫，其插入深度還應(yīng)考慮被測(cè)介質(zhì)的靜止或流動(dòng)狀態(tài)，如果是流動(dòng)的液體或氣體，可以不受上述條件限制，插入深度可適當(dāng)淺一些，具體數(shù)值由實(shí)際情況分析確定。二、熱響應(yīng)時(shí)間。接觸法測(cè)溫的基本原理是測(cè)溫元件要與被測(cè)對(duì)象達(dá)到熱平衡。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)。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。對(duì)于氣體介質(zhì)，尤其是靜止氣體，至少應(yīng)保持 30min 以上才能達(dá)到平衡；對(duì)于液體而言，最快也要在 5mi n 以上。對(duì)于溫度不斷變化的被測(cè)場(chǎng)所，尤其是瞬間變化過程，整個(gè)過程僅1 秒鐘，則要求傳感器的響應(yīng)時(shí)間在毫秒級(jí)。普通的溫度傳感器不僅跟不上被測(cè)對(duì)象的溫度變化速度出現(xiàn)滯后，而且也會(huì)因達(dá)不到熱平衡而產(chǎn)生測(cè)量誤差。因此，最好選擇響應(yīng)快的傳感器。三、熱阻抗。在高溫下使用的熱電偶，如果被測(cè)介質(zhì)為氣態(tài)，那么保護(hù)管表面沉積的灰塵等將燒熔在表面上，使保護(hù)管的熱阻抗增大；如果被測(cè)介質(zhì)是熔體，在使用過程中將有爐渣沉積，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，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。四、熱電偶的劣化。所謂熱電偶的劣化，即熱電偶經(jīng)使用后，出現(xiàn)老化變質(zhì)的現(xiàn)象。由金屬或合金構(gòu)成的熱電偶，在高溫下其內(nèi)部晶粒要逐漸長(zhǎng)大，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(duì)周環(huán)環(huán)境中的還原或氧化性氣體也要發(fā)生反應(yīng)。伴隨上述變化，熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)也將極其敏感地發(fā)生變化。因此，熱電偶的劣化現(xiàn)象是不可避免的。 熱電偶的劣化因其自身情況不同而異，主要原因是：一方面熱電偶材料本身長(zhǎng)期在高溫作用下發(fā)生變質(zhì)；另一方面測(cè)溫環(huán)境各種氣氛對(duì)熱電偶的作用使熱電極發(fā)生質(zhì)變。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。 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。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）22內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）23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?？刂破鞯目刂埔?guī)律，即為控制器的 PID 算式。PID 控制算式是一種在工業(yè)控制中廣泛運(yùn)用的控制策略。它的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，易于現(xiàn)實(shí)，穩(wěn)定性能好。實(shí)際上，大多數(shù)的工業(yè)過程都不同程度的存在著非線性、參數(shù)時(shí)變性和模糊不確定性，而傳統(tǒng)的 PID 控制主要是控制具有確定模型的線性過程，因此常規(guī) PID 控制不具有在線整定參數(shù)的能力，其控制效果就不是十分理想。如果采用模糊推理的方法實(shí)現(xiàn) PID 參數(shù)： IT、 D的在線自適應(yīng)，不僅保持了常規(guī) PID 控制的特點(diǎn)，而且具有更大的靈活性、適應(yīng)性和精確性等優(yōu)點(diǎn)，是目前一種較為先進(jìn)的控制算法。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 控制和智能控制的介紹PID 控制技術(shù)。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。傳統(tǒng)的控制技術(shù)是基于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型的控制方式，采用固定的控制算法，控制系統(tǒng)由于依賴于數(shù)學(xué)模型而缺乏靈活性和應(yīng)變能力。智能控制是控制理論發(fā)展的高級(jí)階段，是控制論、系統(tǒng)論、信息論和人工智能等多門學(xué)科交叉和綜合的產(chǎn)物，主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制。隨著工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，被控對(duì)象越來越復(fù)雜，常常表現(xiàn)為高度的非線性、強(qiáng)干擾、動(dòng)態(tài)突破性以及分散的執(zhí)行器、分層的決策機(jī)構(gòu)、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)信息等，這樣的被控對(duì)象往往存在難以用精確數(shù)學(xué)方法描述的不確定性。PID 控制是在連續(xù)生產(chǎn)過程控制中，將偏差的比例(Proportional)、積分(Integral)、微分(Derivative)通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。在常規(guī) PID 的應(yīng)用中，P、I、D 三個(gè)參數(shù)往往根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況或調(diào)試經(jīng)驗(yàn)人工設(shè)定的，通過調(diào)試實(shí)驗(yàn)改變參數(shù)以改變控制性能。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)和內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）24可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制，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)。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)雜的工況和高指標(biāo)的控制要求。隨著微機(jī)技術(shù)和智能控制理論的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新型 PID 控制器，例如模糊 PID、神經(jīng) PID、預(yù)測(cè) PID 等，對(duì)于復(fù)雜對(duì)象，其控制效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī) PID 控制。智能控制。 “智能控制”一詞在 1967 年 Leondes 和 Mendel 在他們的“人工智能控制”技術(shù)報(bào)告中正式使用，智能控制是一門新興的理論和技術(shù)，目前關(guān)于智能控制的定義、理論、結(jié)構(gòu)等尚無統(tǒng)一的系統(tǒng)描述，1993 年美國(guó) IEEE 控制系統(tǒng)學(xué)會(huì)智能控制技術(shù)委員會(huì)邀請(qǐng)成立一個(gè)專家小組，目的在于描述智能控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)“智能控制”一詞進(jìn)行定義。在上述專家小組發(fā)表的綜合報(bào)告中指出，實(shí)際上稱為具有智能的系統(tǒng)其智能應(yīng)相當(dāng)高才行。通常這種智能要求具有感知環(huán)境、作出決策和控制動(dòng)作的能力，更高的智能還包括認(rèn)識(shí)目標(biāo)和事件用語言模型代表知識(shí)，對(duì)未來作出推理和計(jì)劃。智能控制的研究對(duì)象具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一、模型的不確定性。智能控制的對(duì)象通常存在嚴(yán)重的不確定性，其不確定性是指模型未知或知之甚少以及模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)可能在很大范圍內(nèi)變化。二、高度的非線性。在傳統(tǒng)的控制理論中，線性理論比較成熟，而非線性理論很不成熟，非線性控制方法也比較復(fù)雜，采用智能控制方法可以較好的解決非線性系統(tǒng)的控制問題。三、復(fù)雜的任務(wù)要求。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)控制任務(wù)要求比較單一，智能控制系統(tǒng)可以完成復(fù)雜的任務(wù)要求。例如在復(fù)雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，除了要求對(duì)各被控物理量實(shí)現(xiàn)定值調(diào)節(jié)外，還要求能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)啟停、故障的自動(dòng)診斷以及緊急情況的自動(dòng)處理等功能。智能控制是一類無需人的干預(yù)就能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)智能機(jī)械而實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制， “智能”一詞是對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度、范圍及所能完成復(fù)雜控制任務(wù)的功能的表征，一般智能控制系統(tǒng)的功能包括以下三點(diǎn)：一、學(xué)習(xí)功能。系統(tǒng)能對(duì)一個(gè)過程或未知環(huán)境所提供的信息進(jìn)行識(shí)別、記憶、學(xué)習(xí)并利用積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步改善系統(tǒng)的性能。二、適應(yīng)功能。系統(tǒng)應(yīng)具有適應(yīng)受控對(duì)象動(dòng)力學(xué)特性、環(huán)境變化和運(yùn)行條件變化的能力。三、組織功能。對(duì)于復(fù)雜任務(wù)和分散的傳感信息具有自組織和協(xié)調(diào)功能，使系統(tǒng)具有主動(dòng)性和靈活性。智能控制的方法很多，包括專家控制、神經(jīng)控制、模糊控制、基于模式識(shí)別的智能控制、多模變結(jié)構(gòu)智能控內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）25制、仿人智能控制等，現(xiàn)介紹主要的三種智能控制方法——專家控制、神經(jīng)控制、模糊控制。專家系統(tǒng)通過某種知識(shí)獲取手段，把人類專家領(lǐng)域的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)技巧移植到計(jì)算機(jī)中，并且模擬人類專家的推理、決策過程，表現(xiàn)出求解復(fù)雜問題的人工智能。因而，專家系統(tǒng)是一種人工智能的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，這些程序軟件具有相當(dāng)于某個(gè)專門領(lǐng)域的專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)水平，以及解決專門問題的能力。專家系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)基本要素：一、知識(shí)庫(kù)——存儲(chǔ)有某個(gè)專門領(lǐng)域中經(jīng)過事先總結(jié)的按某種格式表示的專家水平的知識(shí)條目。二、推理機(jī)制——按照類似專家水平的問題求解方法，調(diào)用知識(shí)庫(kù)中的條目進(jìn)行推理、判斷和決策。專家控制是將專家系統(tǒng)的理論和技術(shù)同控制理論方法和技術(shù)相結(jié)合，在未知環(huán)境下，仿效專家的智能，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。專家控制系統(tǒng)不同于離線的專家系統(tǒng)，其不僅是獨(dú)立的決策者，而且是具有獲得反饋信息并能實(shí)時(shí)在線控制的系統(tǒng)。專家控制系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)、推理機(jī)、人機(jī)接口及規(guī)劃環(huán)節(jié)五個(gè)部分組成，控制系統(tǒng)具有下述特點(diǎn)：一、高可靠性及長(zhǎng)期運(yùn)行的連續(xù)性。二、在線控制的實(shí)時(shí)性。三、優(yōu)良的控制性能和抗干擾性。四、使用的靈活性及維護(hù)的方便性。在專家控制系統(tǒng)的規(guī)則庫(kù)中含有產(chǎn)生式規(guī)則，包括專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，而把知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)表達(dá)成規(guī)則并非易事，規(guī)則的補(bǔ)充、完善更是困難，因?yàn)檫@不是一種單向的簡(jiǎn)單的知識(shí)堆砌過程，而是一個(gè)復(fù)雜的整理過程，這也是專家控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中的難點(diǎn)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）是近幾十年發(fā)展的一門新興的交叉學(xué)科，所謂“人工神經(jīng)網(wǎng)