【正文】 ?定時(shí)和故障備忘三種打印方式 ,可打印爐溫 ?曲線和故障等 。為抵消鉑電阻引線帶來的干擾 ,采用了四線制接法 ?相應(yīng)于溫度傳感器的精度 ,A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換都選用 12 位轉(zhuǎn)換器 ,分辨率為 212%,能滿足精密儀表精度要求 ?加入光電隔離器的目的是防止線路干擾的引入 ? 該溫控系統(tǒng)的工作原理為 :溫度測量變換器所測量的溫度信號經(jīng)放大電路放大?A/D 轉(zhuǎn)換 ,送到單片機(jī)中 ,單片機(jī)把它同由鍵盤實(shí)現(xiàn)的給定溫度進(jìn)行比較 ,再由單片機(jī)給出控制量 ,然后將控制量送驅(qū)動(dòng)電路 ?D/A 轉(zhuǎn)換后去驅(qū)動(dòng)大功率運(yùn)放對溫度控制箱進(jìn)行控制 ,從而構(gòu)成了實(shí)時(shí)閉環(huán)系統(tǒng) ? 3 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 溫控系 統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是在 8098 單片機(jī)上 ,由單片機(jī)來控制 ?主控程序包括初始化 ?鍵盤顯示管理及各子程序調(diào)用 ?溫度信號的采集 ?數(shù)字濾波 ?鉑電阻的非線性補(bǔ)償 ?溫度的顯示 ?遺傳算法優(yōu)化控制等功能的實(shí)現(xiàn)由各子程序完成 ?數(shù)字濾波可采用均值法 ?中間值法和一階慣性法等方法 ,目的是濾除干擾信號的影響 ?由于鉑電阻的電阻值與其所受的溫度并不完全是線性的 ,因而設(shè)計(jì)了分段線性插值線性化程序來對鉑電阻進(jìn)行非線性補(bǔ)償 ,得到了較為滿意的效果 ,其誤差低于 %?軟件還包括對系統(tǒng)的保護(hù)和快速加溫的切換等 ?由于儀器儀表的工作環(huán)境存在強(qiáng)電磁場干擾 ,為了 提高溫控系統(tǒng)的可靠性 ,在硬件上可采用光電隔離器 。選擇適當(dāng)功率的加熱片 ,可以提高系統(tǒng)的升溫速度 ,縮短到達(dá)熱平衡的時(shí)間 ?為了保證精度 ,溫度測量變換器采用鉑電阻及專門電路 ,該電路利用橋式電路結(jié)構(gòu)及正反饋原理改善了溫度傳感器的檢測線性度 ,因此其測量精度 ?線性度和抗干擾性能都較好 。安流量信號 ,調(diào)節(jié)閥 2的開度要關(guān)小 ,流量要減小 ?而調(diào)節(jié)閥 1,2裝在同一條管道上 ,結(jié)果 ,兩套控制系統(tǒng)互相矛盾 ,在物料供求上互不兼顧 ,不能滿足工藝生產(chǎn)要求 ? 為了解決前后兩個(gè)塔之間在物料供求上的矛盾 ,可在前后兩個(gè)串聯(lián)的塔中間增設(shè)一個(gè)緩沖設(shè)備 ?但是 ,增加緩沖設(shè)備不僅要增加投資 ,而且 要增加流體輸送過程中的能量消耗 ?尤其是有些生產(chǎn)過程的中間物料或產(chǎn)品不允許中間停留存在 ,否則 ,會(huì)使這些中間的物料或產(chǎn)品或重新聚合 ?所以 ,必須從自動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)上 2 去找出路 ,以滿足前后裝置或設(shè)備在物料供求上互相均勻協(xié)調(diào) ,統(tǒng)籌兼顧的要求 ?通常把能實(shí)現(xiàn)這樣控制目的的控制系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng) ? 其特點(diǎn)如下 : 1 液位 (或壓力 )和流量兩個(gè)變量都是變化的 ,不是固定不變的 ? 2 兩個(gè)變量的調(diào)節(jié)過程在工藝容許的范圍內(nèi)是緩慢地變化的 ? 下面是一種用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)溫度均勻控制的系統(tǒng) 一種基于 Smith 預(yù)估器的溫度均勻控制的系 統(tǒng) 環(huán)境溫度對儀器儀表性能指標(biāo)有很大的影響 ?為了更準(zhǔn)確地模擬儀表的實(shí)際工作環(huán)境 ,度量溫度對儀表參數(shù)的影響 ,有必要研制一個(gè)溫控系統(tǒng) ?一般的溫控系統(tǒng)為一大滯后系統(tǒng) ,純滯后可引起系統(tǒng)不穩(wěn)定或降低系統(tǒng)的反饋性能 ?考慮到Smith 預(yù)估器從理論上解決了純滯后系統(tǒng)的控制問題 ,本文介紹一個(gè)帶 Smith預(yù)估器的溫控系統(tǒng) ,該系統(tǒng)能有效抑制純滯后的影響 ,而且魯棒性強(qiáng) ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 ,溫控精度可達(dá)177。目 錄 一 .課題要求 ???????????????????????????2 二 .課程設(shè)計(jì)目的 ???????????????????????2 三 .課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 ???????????????????????2 四 .參考文獻(xiàn) ?????????????????????????18 1 一 課題要求 : ? (能克服工程設(shè)計(jì)和實(shí)施中的一些問題 )? ? (如程 序的功能 )? 二 課程設(shè)計(jì)目的 : 本課程設(shè)計(jì)提供了一個(gè)既動(dòng)手又動(dòng)腦 ,自學(xué) ,查資料 ,獨(dú)立實(shí)踐的機(jī)會(huì) ?將本學(xué)期課本上的理論知識(shí)和實(shí)際有機(jī)的結(jié)合起來 ,鍛煉實(shí)際分析問題和解決問題的能力 ,提高自己適應(yīng)實(shí)際 ?實(shí)踐編程的能力 ,使自己對均勻控制系統(tǒng)更進(jìn)一步了解 ?給自己一個(gè)鍛煉和提高的機(jī)會(huì) ? 三 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 : 均勻控制系統(tǒng)具有使控制量與被控量均勻緩慢地在一定范圍內(nèi)變化的特殊功能 ?在均勻控制系統(tǒng)中 ,控制量與被控量常常是同樣重要 ,控制的目的 ,是 使兩者在擾動(dòng)作用下 ,都有一個(gè)緩慢而均勻的變化 ? 在一些工業(yè)生產(chǎn)過程中 ,生產(chǎn)的連續(xù)性 是其特點(diǎn)之一 ?每一個(gè)裝置或設(shè)備都與前后的裝置或設(shè)備緊密的聯(lián)系著 ,前一個(gè)裝置或設(shè)備的出料亮量一般就是后一個(gè)裝置或設(shè)備的進(jìn)料量 ,而后一裝置或設(shè)備是互相聯(lián)系而又互相影響的 ?例如石油裂解氣分離過程 ,有許多精餾他串聯(lián)在一起工作 ,前一塔的出料就是后一塔的進(jìn)料?圖 a 為兩個(gè)連續(xù)操作的精餾塔 ,前一塔的出料是后一塔的進(jìn)料 ?為了保證分餾過程正常運(yùn)行 ,要求將一號塔釜液位穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi) ,故設(shè)有液位的控制系統(tǒng) ?而后一精餾塔又希望進(jìn)料穩(wěn)定 設(shè)有流量控制系統(tǒng) ?顯然 ,這兩套系統(tǒng)是不能協(xié)調(diào)工作的 ?假如 1 號塔在擾動(dòng)作用下使其塔釜液位上升時(shí) ,液位調(diào)節(jié)器發(fā)出控制信號去開大調(diào)節(jié)閥 1 的開度 ,從而使出料流量增大 。由于 1 號塔的出料量就是 2 號塔的進(jìn)料量 ,因而引起 2 號塔進(jìn)料量的增加 ,于是 ,流量調(diào)節(jié)器發(fā)出控制信號去關(guān)小調(diào)節(jié)閥 2 的開度 ?這樣 ,按液位信號 ,調(diào)節(jié)閥 1 的開度要開大 ,流量要增大 。 ℃ ? 1 帶 Smith 預(yù)估器的控制器設(shè)計(jì) 根據(jù)溫控箱的結(jié)構(gòu)及一般熱力學(xué)原理 ,可得到以下溫控箱為被控對象的傳遞函數(shù) ,其近似表 達(dá)為 (1) 式中 :Gp(S)為被控對象中不含純滯后的部分 ?可以看出 ,它是一個(gè)帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié) ?根 據(jù) 所 設(shè) 計(jì) 的 溫 控 箱 和 實(shí) 際 參 數(shù) 辨 識(shí) , 可 得 式 (1) 中的T=16s,K0=,τ=? 一般的溫控系統(tǒng)如圖 1 所示 ?圖中 ,Gc(S)表示設(shè)計(jì)的控制器 ,F 為控制器直流分量等干擾 ?其閉環(huán)傳遞函數(shù)為 (2) 由于特征方程里含有 eτs 項(xiàng) ,這對控制系統(tǒng)穩(wěn)定性極其不利 ,若τ足夠大 ,系統(tǒng)就很難穩(wěn)定 ?而且由于系統(tǒng)中含有純滯后環(huán)節(jié) ,使控制器設(shè)計(jì)變得復(fù)雜 ? 3 圖 1 一般溫控系統(tǒng)方框圖 Smith 預(yù)估器 [1]是克服純滯后影響的有效方法之一 ,因此本文在常規(guī)校正環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上引入了 Smith 預(yù)估器補(bǔ)償 ,其控制結(jié)構(gòu)如圖 2 所示 ,圖中虛線框內(nèi)為Smith 預(yù)估控制的原理框圖 ?Smith 預(yù)估控制的實(shí)質(zhì)就是與實(shí)際對象并聯(lián)一個(gè)模型 Gp(S)(1eτs),因此 ,控制器 Gc(S)的等效控制對象變?yōu)?Gp(S),也就是說 ,設(shè)計(jì)控制器 Gc(S)時(shí)不必考慮純滯后環(huán)節(jié)的影響 ?此時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 (3) 從式 (3)可見 ,eτs已不包含在系統(tǒng)的特征方程里 ,因此系統(tǒng)性能完全不受純滯后的影響 ?Smith預(yù)估控制從理論上提供了將含有純滯后的對象簡化為不含純滯后的對象進(jìn)行控制的方法 ? 圖 2 帶 Smith 預(yù)估器的溫控系統(tǒng) 2 溫控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 溫控系統(tǒng)的構(gòu)成如圖 3 所示 ,由溫度控制箱 ?溫度測量變換 ?測量放大 ?大功率運(yùn)放 ?A/D 與 D/A轉(zhuǎn)換器 ?輸入光電隔離 ?輸入光電隔離 ?驅(qū)動(dòng)電路 ?8098 單片機(jī)[2]?鍵盤顯示 ?存儲(chǔ)器組成 ?其中 8098 單片機(jī)是核心 ,由它統(tǒng)一管理完成 ?在該系統(tǒng)中 ,溫度和時(shí)間的設(shè)置 ?溫度值及誤差顯示 ?控制參數(shù)的設(shè)置 ?運(yùn)行 ?暫停及復(fù)位等功能由鍵盤及顯示電路完成 ,溫度設(shè)定范圍為 0~100℃ ,給定分辨率設(shè)置為℃ ,測溫范圍為 20~80℃ ? 4 圖 3 溫控系統(tǒng)硬件組成框圖 溫度控制箱的執(zhí)行部件為加熱片 ,它可以使溫控箱內(nèi)溫度分布較為均勻 。同時(shí)