【正文】 極管導(dǎo)通，計算機(jī)送“ 0使驅(qū)動器三極管截止。所有的開關(guān)量輸出信號均帶有鎖存功能。當(dāng)主機(jī)加電啟動或使用 RESET開關(guān)使主機(jī)硬復(fù)位時，卡上的復(fù)位清零電路使各組輸出均為零，即驅(qū)動器三極管截止。撥碼第 8位表示地址線 A9，撥碼第 1位表示地址線 A2。應(yīng)根據(jù)主機(jī)硬件手冊給出的可用范圍以及是否插入其它功能卡來決定本卡的 I/O基地址，并從基地址開始占用連續(xù) 4個地址 ［ 6］ 。 37芯 D型插頭可從主機(jī)后面引出并與外設(shè)連接。 表 輸入輸出插座引線定義表 插座引腳號 信號定義 插座引腳號 信號定義 1 開出 CH0 20 開出 CH1 2 開出 CH2 21 開出 CH3 3 開出 CH4 22 開出 CH5 4 開出 CH6 23 開出 CH7 15 5 開出 CH8 24 開出 CH9 6 開出 CH10 25 開出 CH11 7 開出 CH12 26 開出 CH13 8 開出 CH14 27 開出 CH15 9 開出公共地 28 開出公共地 10 +12～ 36V電源入 29 +12～ 36V電源入 11 開出 CH0 30 開出 CH1 12 開出 CH2 31 開出 CH3 13 開出 CH4 32 開出 CH5 14 開出 CH6 33 開出 CH7 15 開出 CH8 34 開出 CH9 16 開出 CH10 35 開出 CH11 17 開出 CH12 36 開出 CH13 18 開出 CH14 37 開出 CH15 19 開入公共地 控制端口地址與有關(guān)數(shù)據(jù)格式： 各個控制端的操作地址與功能見表 。其數(shù)據(jù)格式見表 。它的輸出函數(shù)可以被其它應(yīng)用程序在運(yùn)行時直接調(diào)用。 (4)線路連接 PC6408開關(guān)量輸入輸出接口卡與繼電器之間的連線如圖 。 功率單元采用進(jìn)口管芯單向反并聯(lián)晶閘管模塊，觸發(fā)器控制方式為調(diào)相控制，連續(xù)調(diào)壓，可自動或手動控制，自動控制時，控制信號由 D／ A接口卡輸出的 4～ 20mA接入；手動控制由外接的 。自動控制時對儀表無干擾，廣泛應(yīng)用于負(fù)載要求連續(xù)平滑調(diào)節(jié)、低電壓大電流以及控制精度要求較高或不允許大電流沖擊的單相控制系統(tǒng)。接線簡便，無須外接同步變壓器，無須考慮相序問題。 18 圖 控溫子系統(tǒng)原理框圖 主要性能特點(diǎn)： (1)觸發(fā)脈沖寬度≥ 90176。； (2)正負(fù)半周脈沖不均衡度≤ 1176。當(dāng)故障排除后，按一下過流復(fù)位按鈕，解除封鎖，設(shè)備軟啟動； (5)配有手動調(diào)節(jié)和與自動化儀表輸出信號相連的自動調(diào)節(jié)方式； (6)輸入規(guī)格： 0～ 10V、 4～ 20mA可選 ［ 7］ 。 19 圖 觸發(fā)板接線示意圖 模入模出接口卡 模擬量輸出接口卡同數(shù)字量輸出接口卡一樣，選擇 PC6320模入模出接口卡。其模入模出信號均由卡前端的 26線扁平帶纜插頭與外部信號源及設(shè)備連接。該卡帶 8路 A／ D輸入通道， 2路 D／ A輸出通 道，在熱電偶檢定系統(tǒng)中，只使用了它的其中 l路輸出。初始地址的選擇范圍一般為 0100H～ 0378H之間。 各個控制端的操作地址與功能見表 ： 表 PC6320端口地址與功能 端口操作地址 操作命令 功能 基地址 +0 寫 設(shè)通道代碼，選通道 基地址 +0 寫 啟動 A/D轉(zhuǎn)換 基地址 +0 讀 查詢 A/D轉(zhuǎn)換狀態(tài) 基地址 +1 讀 讀 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 基地址 +5 寫 寫 D/A0 8位數(shù)據(jù) 基地址 +6 寫 寫 D/A1 8位數(shù)據(jù) D/A輸出方式設(shè)定： D/A輸出方式跨接選擇器 J3與 J4用來改變 D/A的輸出方式，其中 J4對應(yīng) D/A0， J3對應(yīng) D/A1。 D/A調(diào)整： (1)D/A零點(diǎn)調(diào)整：將 D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)置為 0，適當(dāng)調(diào)整 W10(D/A0)、 W12(D/A1)使 D/A輸出為 0V。 22 上位機(jī)硬件配置 一般在系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)該遵守的共同原則：可靠性高；操作性好；實(shí)時性強(qiáng)；通用性好；經(jīng)濟(jì)效益高等。為了保證系統(tǒng)硬件的可靠性，同時為了縮短開發(fā)周期，降低技術(shù)風(fēng)險，本系統(tǒng)選用總線結(jié)構(gòu)的控制機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件的功能。因此，本系統(tǒng)選用支持 ISA等總線的臺灣研華 \控制機(jī) ［ 9］ 。在實(shí)際系統(tǒng)中，爐溫問題是相當(dāng)復(fù)雜而又難以用數(shù)學(xué)公式精確描述的問題。對工作用熱電偶進(jìn)行檢定時，其 300℃以上溫度點(diǎn)的檢定是在管式爐中完成的，這種管式爐長度為 600mm，加熱管內(nèi)徑約為 40mm。 圖 熱電偶檢定爐結(jié)構(gòu)示意圖 該爐負(fù)責(zé)提供檢定所需要的均勻溫場，其常用最高溫度為 1200℃，最高均勻溫場中心與爐子幾何中心沿軸線上偏離不大于 10mm；在均勻溫場長度不小于 60mm，半徑為14mm范圍內(nèi)，任意兩點(diǎn)間溫差不大于 1℃。其溫場溫度變化與其熱容量、加熱量及散熱量有關(guān)。根據(jù)能量平衡的原理，有： dtTAd sj ????? （ ） 式中， t為時間，下同。由式 ()可知檢定爐可近似為一階慣性環(huán)節(jié)。因 此，檢定爐可近似用一階慣性加純延遲環(huán)節(jié)來表示，其傳遞函數(shù)表示為： )1()( ?? ? TsKeG sS ? （ ） 式中 T為檢定爐的熱慣性時間常數(shù)， K為比例系數(shù)， T為純滯后時間。 控制算法選擇 目前常用的控制算法有 PID控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制方法。對于檢定爐這樣具有時滯、時變等因素的對象，最佳參數(shù)容易漂移，此時 PID控制效果將難以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。 PID 控制 常規(guī) PID控制器作為一種線性控制器，它是根據(jù)給定值 r(t)與實(shí)際輸出量 c(t)來 25 構(gòu)成控制偏差量，將偏差按比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控對象進(jìn)行控制。在離散控制系統(tǒng)中， PID控制采用差分方程表示： ])1()()(1)([)(0??????? ki dip TkekeTTieTkeKku （ ） 式中 T為采樣周期， u(k)為 k采樣周期時的輸出， e(k)為 k采樣周期的偏差。模糊控制系統(tǒng)組成原理框圖如圖 。被控對象的數(shù)學(xué)模型可以是已知的、精確的，也可以是未知的、模糊的。模糊控制器抗干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快。 模糊控制器的組成結(jié)構(gòu)如圖 。 模糊 PID參數(shù)自整定控制器的實(shí)現(xiàn) 模糊 PID 參數(shù)自整定控制器的結(jié)構(gòu) 控制器結(jié)構(gòu)圖如圖 ，根據(jù)模 糊 PID控制器結(jié)構(gòu)圖可知， PID參數(shù)的校正部分實(shí)質(zhì)是一個二維的模糊控制器。它們的語言變量、基本論域、模糊子集、模糊論域和量化因子可見表 所示。 29 圖 E、 EC、△ KP、△ KI、△ KD隸屬度函數(shù) 根據(jù)上面 E、 EC、△ KP、△ KI、△ KD隸屬度函數(shù)，可以近似的得出各個語言變量的賦值表如下表 ： 表 語言變量賦值表 變量 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 語言變量 PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 PS 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 ZO 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 NS 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 NM 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NB 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 PID 參數(shù)模糊調(diào)整規(guī)則 參數(shù)模糊自調(diào)整 PID控制器就是找出在不同時刻 PID三個參數(shù)與 e和 ec之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中不斷檢測 e和 ec，根據(jù)模糊控制原理來對三個參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同的 e和 ec對控制參數(shù)的不同的要 求，而使被控對象有良好的動、靜態(tài)性能。 KP越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 (2)積分作用系數(shù) KI的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。若 KI過小，將使系統(tǒng)靜態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。但 KD過大，會使響應(yīng)過程提前制動，從而延長調(diào)節(jié)時間，而且會降低系統(tǒng)的抗干擾性能。由經(jīng)驗(yàn)得知控制過程對參數(shù) KP、 KI、 KD的自整定要求如下： (1)當(dāng)偏差 |e|較大時，為了加速系統(tǒng)的響應(yīng)速度，應(yīng)取較大的 KP；為了避免由于開始時，偏差 e的瞬間變大可能出現(xiàn)的微分過飽和，使控制作用超出范圍，應(yīng)取較小的 KD；為了防止系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，產(chǎn)生積分飽和，應(yīng)對積分作用加以限制，通常取 KI=0，去掉積分作用。 (3)當(dāng) |e|較小即接近于設(shè)定值時，為使系統(tǒng)有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)增加 KP和 KI的取值，為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)振蕩，并考慮系統(tǒng)的抗干 擾性， KD的取值相當(dāng)重要。 (4)偏差變化量 |ec|的大小表明偏差的變化率， |ec|值較大， KP的取值越小， KI 31 取值越大 ［ 13］ 。 規(guī)則如果 Ai且 Bi，那么 Ci的模糊關(guān)系可以表示為： CiBiAi ??? ?? ][ （ ） 在推理計算過程中可以寫成并集形式。39。239。39。 ])[])([()( nnnn CCCCCA N D BACA N D BAA N D BAC ??????????????? ? （ ） 其中 ])[()( 39。39。39。39。 由于模糊控制器輸出是一個模糊集合，它無法對精確的模擬或數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行控制，必須進(jìn)行精確化計算，得出此模糊集中最有代表意義的確定值，作為系統(tǒng)的輸出控制，采用重心法，即加權(quán)平均法 ［ 14］ 。同理，可以計算出△ KI、 AKD的模糊控制器的查詢表，下面分別是△ KP、△ KI、△ KD的模糊控制表。 圖 上位機(jī)軟件功能結(jié)構(gòu)框圖 上位機(jī)軟件主要由以下功能模塊組成： (1)檢定過程控制模塊 該模塊主要實(shí)現(xiàn)整個檢定過程的自動化操作。 (2)通信處理模塊 該模塊完成計算機(jī)與數(shù)字測量儀之間的通信處理，實(shí)現(xiàn)計算機(jī)對數(shù)字測量儀測量電量信號及量程切換，完成采樣數(shù)據(jù)的讀取。 (4)控溫算法實(shí)現(xiàn)模塊 該模塊根據(jù)不同輸入偏差 e和偏差變化率 ec，通過檢索模糊控制查詢表，在線修正 PID控制器的參數(shù)，再計算 PID控制器的輸出值，由計算機(jī)的 D／ A接口輸出 4～ 20mA信號，控制檢定爐的加熱電壓，達(dá)到檢定爐溫度自動控制。 自動檢定過程 熱電偶自動檢定過程的軟件流程圖如圖 。 (2)計算機(jī)檢查熱電偶連接情況 計算機(jī)輸出控制信號，依次導(dǎo)通多路開關(guān)中各繼電器，同時向發(fā)出測量信號，判斷標(biāo)準(zhǔn)熱電偶、被檢熱電偶連線是否斷路或反相。 (4)檢定 當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到第一個檢定點(diǎn)設(shè)定值時，計算機(jī)判斷爐溫是否已達(dá)到檢定要求，如果爐溫不夠穩(wěn)定，繼續(xù)保溫。第一個檢定點(diǎn)檢定完畢后，繼續(xù)升溫，又重復(fù)上述 (3)、 (4)步，直到所有檢定點(diǎn)檢定完畢 ［ 17］ 。這樣，要計算出熱電偶檢測的溫度值，必須查三次分度表。 檢定數(shù)據(jù)處理程序流程圖如圖 。 39 圖 熱電偶檢定數(shù)據(jù)處理流程圖 圖 控制算法程序流程圖 40 第 6 章 結(jié)論 隨著計算機(jī)技術(shù)、檢測控制技術(shù)的發(fā)展和計算機(jī)硬件成本的下降，計算機(jī)控制系統(tǒng)在各種領(lǐng)域中得到 了飛速的發(fā)展，以前靠人工或常規(guī)儀器儀表完成的工作逐漸被計算機(jī)控制系統(tǒng)取代。系統(tǒng)一次可同時檢定八支熱電偶，對于熱電偶可實(shí)現(xiàn)簡便快捷、大批量、高精度的有效測試和檢定。在硬件和軟件設(shè)計上采用以下多項(xiàng)措施，保證數(shù)據(jù)采 集精度。 ②用高精度的多功能數(shù)字測量儀直接讀取熱電阻信號和熱電偶信號，上位機(jī)與數(shù)字測量儀之間采用 RS． 232接口進(jìn)