【正文】 劉 老師廣泛淵博的學識、嚴謹細致的治學態(tài)度、一絲不茍的工作作風和積極進取的事業(yè)精神，都使我受益 匪淺 ， 正因為如此我才能順利的完成設(shè)計，我要感謝我的母校 —— 黑龍江東方學院 ，是母校給我們提供了優(yōu)良的學習環(huán)境 。 “先副后主，先比例次積分后微分”的原則，將計算機得出的控制器參數(shù)置于各種控制器之上。 a. 在系統(tǒng)工作狀況穩(wěn)定，主、副回路主控制器在純比例作用的條件下，將副控制器的比例帶 δ 取100％ ，再逐漸降低副控制器的比例帶，用整定單回路的方法來整定副回路。將下水箱的液位信號輸出作為主調(diào)節(jié)器輸入，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的輸入，在串級控制系統(tǒng)中，兩個調(diào)節(jié)器任務不同，因此要選擇調(diào)節(jié)器的不同調(diào)節(jié)規(guī)律進行控制，副調(diào)節(jié)器主要任務是快速動作，迅速抵制進入副回路的擾動，至于副回路的調(diào)節(jié)不要求一定是無靜差。 *本實驗裝置各端子的引出是為了滿足用戶其它自擬實驗接線的需要。 36 7） a、 b、 c：報警輸出。 RUN：集電極開路。 2 和 5：外部電壓控制信號（ 0~5V）輸入端， 2 接信號正極， 5 接信號地端 。 五、 GK07 交流變頻調(diào)速 如圖 51 所示，交流變頻控制掛箱面板圖。 四、 GK06 控制系統(tǒng)流程圖 圖 41 所示，是本實驗裝置的控制對象系統(tǒng)流程圖。 本單片機系統(tǒng)在運行時，允 許實時地對 PID參數(shù)進行修改。 連續(xù)按“回路”鍵，功能顯示框的末位 ,將依次循環(huán)顯示“ 5” 表示所選中的輸入回路號。另外在參數(shù)整定結(jié)束時，按此鍵即可退出參數(shù)整定，返回顯示狀態(tài)。 “向上”、“向下”鍵：按此鍵可循環(huán)選擇所顯示參數(shù)或在整定狀態(tài)下將數(shù)字增減。 鍵盤操作：共有六個功能鍵，分別為回路、向上、向下、整定、移位、確認。 三、 GK03 單片機控制 33 （一）、單片機控制掛件如圖 31所示 , 它可以同時采集五路信號，一路輸出用來控制執(zhí)行器，以實現(xiàn)自動控制。 壓力傳感器 :輸出 0～ 5V 電壓對應 0～ 2020Pa 的壓力→ 1V 電壓對應 400Pa的高度。當打開電源時，各個表頭就會顯示相應被控參量的當前測量值。 溫度智能位式調(diào)節(jié)儀：在此把調(diào)節(jié)儀的輸出和輸入端子都引到面板上了，輸出端包括位式調(diào)節(jié)輸出及變送輸出兩部分， 輸入端包括 PT100 鉑熱電阻輸入。 三相異步電動機電源接線區(qū)：它與 GK07交流變頻控制掛件配合使用 。 4）、按下“啟動”按鈕，此時“啟動”按鈕綠燈亮，表示系統(tǒng)電源接通。 31 圖 1 GK01 控制屏面板圖 具體操作方法如下： 1）、將電源插座接 220V 市電電源，要注意“左零右火”的接線方式并且要有可靠的接地保護。每個水箱的出水口均經(jīng)過線性化處理，上水箱的水通過 閥 6 流到下水箱，在上水箱中安裝了壓力傳感器（ PT、 LT1），用于檢測壓力、液位的大小 。 變送器模塊主要有流量變送器（ FT）、液位變送器（ LT1， LT2）、溫度變送 器（ TT）、壓力變送器（ PT）等。 靈活多樣的實驗組合： 可以很方便地對控制方式與被控參數(shù)進行不同組合，得到自己需要的單回路、多回路等多種控制系統(tǒng)。 多種控制方式： 位式控制、 PID 控制、智能儀表控制、單片機控制 、 PLC 控制、計算機控制等。 本實驗裝置的控制信號及被控信號均采用 IEC標準，即電壓 0～ 5V或 1～ 5V，電流 0～ 10mA或 4～ 20mA。 第 4 章 系統(tǒng)的實驗調(diào)試 實驗裝置的基本操作 THKGK1 型過程控制實驗裝置是根據(jù)自動化專業(yè)及相關(guān)專業(yè)教學的特點，吸收了國內(nèi)外同類實驗裝置的特點和長處，經(jīng)過精心設(shè)計，多次實驗和反復論證，向廣大師生推出一套全新的實驗設(shè)備。 P0口接 8279 的 D0D7， P2口的地址線和經(jīng)過地址鎖存器 74LS373 鎖存的地址一起譯碼，選中 8279 的 端， 周期輸出信號 ALE直接接到 8279 的時鐘端， 8279 的終端請求線反向接 8031 的 。 SL0~SL3:掃描線 。DB0~DB7： 雙向數(shù)據(jù)總線 。 由 A A A0 三地址輸入端選通 8 路模擬信號中的任何一路進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 Vcc： +5V 單電源供電。 START：啟動信號輸入端，應在此腳施加正脈沖，當上升沿到達時，內(nèi)部逐次逼近寄存器復位，在下降沿到達后，開始 A/D 轉(zhuǎn)換過程。實驗線路如 下 圖所示。 Vref：基準電壓（ 10~10V）。 XFER： 傳送控制信號，低電平有效。 D0~D7：數(shù)字信號輸入端。運算放大器輸出的模擬量 V0 為： 25 由上式可見，輸出的模擬量 與輸入的數(shù)字量（ ） 成正比，這就實現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。例如要選擇 IN0通道時，可采用如下兩條指令，即可啟動 A/D 轉(zhuǎn)換： MOV DPTR , FE00H ；送入 0809 的口地址 MOVX DPTR , A ；啟動 A/D轉(zhuǎn)換（ IN0） 注意：此處的 A 與 A/D 轉(zhuǎn)換無關(guān)，可為任意值。一是 8路模擬信號通道的選擇，二是 A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。在閑置模式下， CPU 停止工作。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 。 3．振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。注意加密方式 1時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） 21 TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0外部輸入） T1（記時器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫 選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。并因此作為輸入時， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P1 口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P0 口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL 門電流?？删幊檀型ǖ? 128*8 位內(nèi)部 RAM 20 與 MCS51 兼容 單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100 次。由于雙容水箱的數(shù)學模型是二階的，故它的穩(wěn)定性不如單容液位控制系統(tǒng)。 （ 2）調(diào)節(jié)器設(shè)計：完成 PID調(diào)節(jié)的控制功能 （ 3）控制電路設(shè)計：給定與反饋 比較環(huán)節(jié)的設(shè)計和輸入 /輸出電路設(shè)計。 例：無自衡液位控制過程 1QdthdC ???；sTsW a1)(0 ?； sao esTsW01)( ??? 雙容過程的模型 雙容過程 被控過程往往是由兩個個容積和阻力構(gòu)成。 物理原理：2222 QhRRhQ ?????? 或 。 1． 自衡過程的建模 自衡過程 指過程在擾動作用下，其平衡狀態(tài)被破壞后不需要操作人員或儀表等干預，依靠其自身重新恢復平衡的過程。 2．測試法 測試法建模通過被控過程輸入、輸出的實測數(shù)據(jù)進行數(shù)學處理后求得數(shù)學模型，這種方法也稱為系 統(tǒng)辨識。為了保證實時性，必須配置高速在線運算設(shè)備，增加控制系統(tǒng)的復雜性和投資。根據(jù)用途的不同，過程動態(tài)數(shù)學模型的具體要求也有所不同，但總的原則一是盡量簡單 ，二是正確可靠。 單片機在汽車電子中的應用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機控制器，基于 CAN總線的汽車發(fā)動機智能電子控制器， GPS導航系統(tǒng)， abs防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等等。 某些專用單片機設(shè)計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。例如工廠流水線的智能化管 理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、 專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： 智能儀器 儀表上的應用 單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的 傳感器 ，可實現(xiàn)諸如電壓、 功率 、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。總之，80C51作為共 性的代表會與個性化的產(chǎn)品相互依存，共同發(fā)展，將會給用戶帶來更大的實惠與方便。究其原因，主要有以下兩點。隨著集成電路技術(shù)的快速發(fā)展和 “ 以人為本 ” 思想在單片機設(shè)計上的體現(xiàn)，很多單片機生產(chǎn)廠家充分考慮到用戶的需求，將一些常用的功能部件，如 A/D(模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 )、 D/A(數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 )、 PWM(脈沖產(chǎn)生器 )以及 LCD(液晶 )驅(qū)動器等集成到芯片內(nèi)部，盡量做到單片化；同時，用戶還可以提出要求，由廠家量身定作 (SOC設(shè)計 )或自行設(shè)計。在便攜式、手提式或野外 作業(yè)儀器設(shè)備上低功耗是非常有意義的。一種是 HMOS工藝 ,即高密度短溝道 MOS工藝。單片機技術(shù)的開放性，生產(chǎn)商的竟爭激烈性和廣泛的市場需求等因素，無疑為單片機的飛速發(fā)展提供了強大動力。第三階段 (1978 年至今 )：高性能單片機階段。第二階段 (1976 年 ~1978 年 )：低性能單片機階段。在進行實際系統(tǒng)分析與設(shè)計時 ,要根據(jù)具體的要求、目標和 條件 ,選擇適宜的控制理論方法 ,也可以將經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制 理 論結(jié)合起來綜合考慮。 3) 現(xiàn)代控制理論易于考慮系統(tǒng)的初始條件 ,使得所設(shè)計的控制系統(tǒng)有更高的精度和更佳的性能指標 ?，F(xiàn)代控制理論從理論上解決了系統(tǒng)的能控性、能觀性、穩(wěn)定性以及許多復雜系統(tǒng)的控制問題。到 20 世紀 60 年代初 ,一套以狀態(tài)方程作為描述系統(tǒng)的數(shù)學模型 ,以最優(yōu)控制和卡爾曼濾波為核心的控制系統(tǒng)分析、設(shè)計的新原理和方法基本確定 ,現(xiàn)代控制理論應運而生。 1956年 ,前蘇聯(lián)科學家龐特里亞金 (. Понтрягин ) 批注 [z1]: 提出極大值原理 。 4) 經(jīng)典控制理論在進行控制系統(tǒng)設(shè)計和綜合時 ,需要借助豐富的經(jīng)驗進行試湊以及大量的手工計算。 經(jīng)典控制理論雖然具有很大的實用價值 ,但也有著明顯的局限性 ,主要表現(xiàn)如下。線性定常系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是在零初始條件下系統(tǒng)輸出量的拉普拉斯 (以下簡稱拉氏 )變換與輸入量的拉氏變換之比 ,是描述系統(tǒng)的頻域模型。所謂線性系統(tǒng) ,是指系統(tǒng)中各組成環(huán)節(jié)或元件的狀態(tài)或特性可以用線性微分方程描述的系統(tǒng)。 到 20世紀 50年代 ,經(jīng)典控制理論發(fā)展到相當成熟的地步 ,形成了相對完整的理論體系 ,為指導當時的控制工程實踐發(fā)揮了極大的作用。這些系統(tǒng)的復雜性和對快速跟蹤、精確控制的高性能追求 ,迫切要求拓展已有的控制技術(shù) ,促成許多新的見解和方法的產(chǎn)生。這些方法奠定了經(jīng)典控制理論中時域分析法的基礎(chǔ)。這項發(fā)明引起了人們對控制技術(shù)的重視 ,此后人們曾經(jīng)試圖改善調(diào)速器的準確性 ,卻常常導致系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。例如 ,我國北宋時期 (1086～ 1089年 )天文學家蘇頌、韓公廉建造的水運儀象臺 ,就是一個按負反饋原理構(gòu)成的閉環(huán)非線性自動控制系統(tǒng) 。例如 ,要求 系統(tǒng)有更高的控制精度、更快的控制速度、更大的控制范圍以及更強的適應能力 等。近十年來，以專家系統(tǒng)、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法 4 為主要方法的基于知識的智能處理方法已經(jīng)成為過程控制的一種重要技術(shù)。它們在很大程度上，滿足了復雜過程工業(yè)的一些特殊控制要求。 PID控制以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)，主要用頻域方法對控制系統(tǒng)進行分析與綜合。第三階段是高級階段，目前正在來到。 1975 年，世界上第一臺分散控制系統(tǒng)在美國 Honeywell 公司問世，從而揭開了過程控