【正文】 新技術，應用前景十分廣泛。虛擬儀器技術先進，十分符合國際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢，因而常被稱作“軟件儀器” 。 虛擬儀器的應用虛擬儀器技術的優(yōu)勢在于可由用戶自己定義儀器系統(tǒng)功能，且定義的功能也比較靈活，也很容易構建，所以應用面極為廣泛。然而，技術的進步是以復雜性的提高為代價的，比起使用具有類似功能的一臺獨立儀器，用戶必須具備更多有關硬件方面的知識。如今，許多插卡式的數(shù)據(jù)采集主板同時還設置了技術先進的直接存儲器存取時以及兼容于多種主板的觸發(fā)功能，增強了主板之間的同步性和信號結合性。在任何一種情況下，軟件界面可按照用戶的需求進行設計，以使用戶操作方便和快捷。以一臺高性能儀器為例，用戶可以裝配一臺裝有基于硬件和軟件部分的個人計算機系統(tǒng)，為專門的應用軟件設計虛擬儀器。決定虛擬儀器具有傳統(tǒng)儀器不可能具有的特點的根本原因在于“虛擬儀器的關鍵是軟件” 。同時，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“標準件”和“加工工藝”的限制，他們是由編程來實現(xiàn)的，設計者可以根據(jù)用戶的認知要求和操作要求，設計儀器面板。虛擬儀器與之不同，它可以通過在幾個分面板上的操作來實現(xiàn)比較復雜的功能。 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比，最直觀的區(qū)別就是與用戶進行交互的面板。在流程圖中對 VI 進行編程，以控制和操作定義在前面板上的輸入和輸出功能。前面板包括旋鈕、按鈕、圖形和其它的控制(controls)與顯示對象(indieators) 。內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）9 LabVIEW 的程序構成LabVIEW 的程序由前面板(frontpanel)和流程圖(bloekdiagram)兩部分組成，整個程序是基于多線程的設計，前面板和流程圖各占用一個線程。用戶不必學習各種儀器的低級編程協(xié)議，從而簡化了儀器的控制，縮短了開發(fā)時間，提高了生產(chǎn)效率。(5)快速開發(fā)的 LabVIEW 為用戶提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。這樣，不僅簡化了開發(fā)過程，而且可生成按編譯速度執(zhí)行的可復用代碼。(4)完整的開發(fā)環(huán)境 LabVIEW 軟件包中包含了功能強大的數(shù)據(jù)采集、分析和表達的能力，使用戶可以在該平臺上實現(xiàn)一個完整的解決方案。(2)靈活的儀器將 LabVIEW 與一般的數(shù)據(jù)采集及儀器加以組合，可以設計出靈活的虛擬儀器，并可以隨時將儀器系統(tǒng)移植到最適用的平臺上使用。此外，LabVIEW 按其易用的方式將復雜的任務包裝起來，從而使復雜任務得到簡化。LabVIEW 是一個面向最終用戶的工具，它可以增強用戶構建自己的科學和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑，使用它進行原理研究、設計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率，其主要特點可歸納為如下幾點：(l)簡單的方案。LabVIEW 的程序包括前面板(FrontPanel)、流程圖(BlockDiagram)以及圖標/連接器三部分。LabVIEW 作為一內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）8種強大的虛擬儀器開發(fā)平臺，被視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW 是一個帶有擴展功能庫和子程序庫的通用程序設計系統(tǒng)。 虛擬儀器的開發(fā)平臺—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，也是目前應用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境。這些軟件開發(fā)平臺提供了強大的儀器軟面板設計工具和各種數(shù)據(jù)處理工具，再加上虛擬儀器硬件廠商提供的各種硬件驅(qū)動程序模塊，大大地簡化了虛擬儀器設計工作。隨著計算機技術和軟件技術的飛速發(fā)展，各種專用儀器開發(fā)系統(tǒng)的功能也越來越強大和完善。虛擬儀器的核心是軟件，軟件開發(fā)平臺的水平在很大程度上代表了虛擬儀器的水平。其中，PCDAQ系統(tǒng)是構成 Vl 的最基本的方式，也是最廉價的方式。⑤串口系統(tǒng):以 Serial 標準總線儀器與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。③VXI 系統(tǒng): 以 VXI標準總線儀器模塊與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器測試系統(tǒng)。采用 PCI 計算機本身的總線，故將數(shù)采卡(DAQ)插入計算機的空槽中即可。虛擬儀器的構成方式主要有五類。其中，I/O 接口設備完成被測信號的采集、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等。(l)通用儀器硬內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）7件平臺。它充分利用PC 機豐富的軟硬件資源快速建立數(shù)據(jù)采集應用系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)采集卡從外界采集各種信號，對信號進行實時存儲、實時顯示及離線分析。此外，用基于軟件體系結構的虛擬儀器代替基于硬件體系結構的傳統(tǒng)儀器，還可以大大節(jié)約儀器的購買和維護費用。(5)便于構成復雜的測試系統(tǒng)，經(jīng)濟性好。(4)開放的工業(yè)標準。(3)儀器由用戶自己定義。(2)突出“軟件就是儀器’的概念。虛擬儀器特點可以歸結為以下四個方面：(l)豐富和增強了傳統(tǒng)儀器的功能。在虛擬儀器中計算機處于核心地位，計算機軟件技術和測試系統(tǒng)更緊密的結合，形成了一個有機整體，使得儀器的結構概念和設計觀點等都發(fā)生了突破性的變化。如今，隨著電測技術以及網(wǎng)絡技術的發(fā)展，儀器技術必將沿著虛擬儀器方向發(fā)展。在系統(tǒng)集成后，對被測對象進行數(shù)據(jù)采集、分析、存儲、顯示，組建自己所需要的儀器。軟面板上具有與實際儀器相似的旋鈕、開關、指示燈及其它控制部件。利用虛擬儀器技術建立的測試系統(tǒng)提高了測量精度、測量速度，減少了開關、電纜，系統(tǒng)易擴充、易修改，使得測試系統(tǒng)體積小、靈活方便、成本低、效率高，成為現(xiàn)代測試系統(tǒng)發(fā)展的主流。虛擬儀器是現(xiàn)代計算機軟件技術、通信技術和測量技術相結合的產(chǎn)物，它使得人類的測試技術進入了一個新的發(fā)展紀元。在測試系統(tǒng)和儀器設計中盡量用軟件代替硬件，充分利用計算機技術來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)測試系統(tǒng)與儀器的功能。 虛擬儀器的概念所謂虛擬儀器(VirtualInstent，簡稱 VI)，就是用戶在通用計算機平臺上，根據(jù)需求定義和設計儀器的測試功能，使得使用者在操作計算機時，就像是在操作他自己設計的測試儀器一樣。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器充分利用計算機系統(tǒng)資源，通過計算機總線與外圍通用硬件設備構筑了功能更豐富、處理速度更快、測量效率更高、可擴展性更好的儀器系統(tǒng)?；诒敬卧O計的局限性，該論文使用虛擬儀器設計用戶界面和數(shù)據(jù)采集功能，實現(xiàn)對電阻爐溫度的實時控制并取得良好的控制效果，這是電阻爐溫度控制領域的難題，也是本文研究的重點。 文研究的重點和難點電阻爐具有高度非線性、大時滯、大慣性、時變性等特點，應用傳統(tǒng)的 PID 控制雖然結構簡單、容易實現(xiàn)，卻依賴于被控對象精確的數(shù)學模型且無法保證控制精度。(6)電阻爐溫度控制系統(tǒng)軟件整體設計方案，及各個子模塊設計過程。(4)介紹電阻爐溫度控制系統(tǒng)硬件組成，晶閘管技術及建立控制對象數(shù)學模型。(2)詳細介紹了虛擬儀器技術及本論文中用到的智能控制方法。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。為了解決以上溫度控制方法中存在的問題，本論文提出一種基于虛擬儀器 LabVIEW 的溫度控制系統(tǒng)，本控制系統(tǒng)具有簡單易懂的控制界面，能夠?qū)崟r顯示溫度的變化曲線，容易修改控制算法控制精度高等特點，很容易適應各種溫度控制系統(tǒng)。因而，對生產(chǎn)工藝的研究很困難，因此造成產(chǎn)品質(zhì)量低、廢品率高、工作人員的勞動強度大、勞動效率低、這些都縮減了企業(yè)的效益?？刂凭纫蕾囉谠囼炚叩恼{(diào)節(jié)，控制精度不高，一旦生產(chǎn)環(huán)境發(fā)生變化就需要重新設置?？傊?，我國的電阻爐的控制設備的現(xiàn)狀不容樂觀，它主要有以下特點：一小部分比較先進的設備和大部分比較落后的設備并存。這些溫度控制方法大都是在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場安裝溫度控制儀表，通過提前設定溫度控制的上下限值或 PID 控制參數(shù)，然后再將控制儀表投入使用，進行各種預定的控制。用于熔化易熔金屬（鉛、鉛鉍合金、鋁和鎂及其合金等）的電阻爐，可做成坩堝爐；或做成有熔池的反射爐，在爐頂上裝設電熱體。對于品種單一、批料量大的物料，宜采用連續(xù)式爐加熱。一般電源電壓 220 伏或 380 伏，必要時配置可調(diào)節(jié)電壓的中間變壓器。最常用的電熱體是鐵鉻鋁電熱體、鎳鉻電熱體、碳化硅棒和二硅化鉬棒。采用這種爐子加熱時應注意：(1)物料加熱均勻，要求物料各部位的導電截面和電導率一致；(2)由于物料自身電阻相當小，為達到所需的電熱功率，工作電流相當大，因此送電電極和物料接觸要好，以免起電弧燒損物料，而且送電母線的電阻要小，以減少電路損失；(3)在供交流電時，要合理配置短網(wǎng)，以免感抗過大而使功率因數(shù)過低。這種電阻爐可以把物料加熱到很高的溫度，例如碳素材料石墨化電爐，能把物料加熱到超過 2500℃。按電熱產(chǎn)生方式，電阻爐分為直接加熱和間接加熱兩種。按傳熱方式，電阻爐分為輻射式電阻爐和對流式電阻爐。電阻爐是利用電流通過電熱體元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能來加熱或熔化工件物料的熱加工設備。而且，為了方便進行工藝的研究，需要能保存溫度數(shù)據(jù)。首先，控溫精度要高。電阻爐是一種具有純滯后的大慣性系統(tǒng)，開關爐門、加熱材料、環(huán)境溫度以及電網(wǎng)電壓等都影響控制過程，傳統(tǒng)的電阻爐控制系統(tǒng)大多建立在一定的數(shù)學模型基礎上，對被控對象中的非線性、時變性及隨機干擾無能為力。隨著計算機、通訊技術在工業(yè)自動化系統(tǒng)的廣泛應用，工業(yè)儀表的功能越來越強大，在高新技術的推動下，作為工業(yè)主要技術工具的控制儀表正跨入真正的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化時代。在鋼鐵、機械、石油化工、電力、工業(yè)爐窯等工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是極為普遍又極為重要的熱工參數(shù)之一，隨著工業(yè)過程對控溫精度要求的提高，測溫范圍也隨之變廣，因此溫度控制技術的研究是一個重要的研究課題。 PID controller。s Resistance furnace with temperature control of nonlinear, large inertia, the characteristics of large time delay, it is difficult to establish its precise mathematical model of conventional PID control , thus it is difficult to achieve good control effect。關鍵詞：虛擬儀器；PID 控制器；自整定內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）IIResistance Furnace Temperature Control SystemBased on Virtual InstrumentAbstractResistance furnace was widely used in industrial production, whose effect of the temperature control has a direct impact on productivity and product quality, thus a high quality of temperature control system is demanded. Industry Resistance furnace used to use conventional PID control, PID controller is one of the earliest control strategies and it is simple in structure, easy to implement, effective to control。論文概述了智能溫度控制的發(fā)展與現(xiàn)狀，介紹了虛擬儀器的發(fā)展及其突出特點。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、測量效率更高、可擴充性更好的優(yōu)點。但是工業(yè)電阻爐的溫度控制具有非線性、大慣性、大滯后等特點，難以對其建立精確的數(shù)學模型，因而常規(guī) PID控制難以取得良好的控制效果；本文采用增量式 PID 控制算法來進行 PID 參數(shù)的自動整定。 畢業(yè)設計論文基于虛擬儀器的電阻爐溫度控制系統(tǒng)內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）I摘要電阻爐被廣泛地應用在工業(yè)生產(chǎn)中，它的溫度控制效果直接影響到生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，因而對溫度控制系統(tǒng)的要求很高。目前工業(yè)電阻爐通常采用常規(guī) PID 控制，PID 控制器是最早發(fā)展起來的控制策略之一，具有結構簡單、容易實現(xiàn)、控制效果好、魯棒性強等特點，被廣泛應用于工業(yè)過程控制，尤其適用于可建立精確數(shù)學模型的確定性控制系統(tǒng)，在工業(yè)過程控制中至今仍得到廣泛應用。作為計算機技術和現(xiàn)代儀器技術相結合的產(chǎn)物，虛擬儀器實現(xiàn)了在傳統(tǒng)測試理論和控制方法上的革命性突破。本文把虛擬儀器與智能溫度控制相結合，用 LabVIEW 開發(fā)了一套自整定的 PID 控制算法的溫度控制系統(tǒng)。詳細地論述了系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)方法，其中包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波等功能模塊的設計與實現(xiàn)。it also has the characteristics of it is widely used in industrial process control, in particular to establish a precise mathematical model, and industrial process control is still widely used. However, the industry39。 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