【正文】 C6320輸入輸出插座接口定義表 插座引腳號 信號定義 插座引腳號 信號定義 1 CH0 2 模擬地 3 CH1 4 模擬地 5 CH2 6 模擬地 7 CH3 8 模擬地 9 CH4 10 模擬地 11 CH5 12 模擬地 13 CH6 14 模擬地 15 CH7 16 模擬地 17 V00 18 數(shù)字地 19 V01 20 數(shù)字地 21 空腳 22 空腳 23 I00 24 +12V輸出 21 25 I01 26 +12V輸出 I／ O基地址選擇： I／ O基地址的選擇是通過開關(guān) K進(jìn)行的，開關(guān)撥至“ ON處為 0，反之為 l。初始地址的選擇范圍一般為 0100H～ 0378H之間。出廠時本卡的基地址設(shè)為 0100H，并從基地址開始占用連續(xù) 8個地址 ［ 8］ 。 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。當(dāng)選擇電流方式時需裝配電阻 R19(D/A0)、 R12(D/A1)，當(dāng)選 0～ 10mA時 R1 R12應(yīng)裝配阻值為 560Ω阻值，當(dāng)選 4～ 20mA時，應(yīng)裝 250Ω電阻 ［ 7］ 。 D/A調(diào)整： (1)D/A零點調(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。 (2)D/A滿度調(diào)整：將 D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)置為 FFH，適當(dāng)調(diào)整 W8(D/A0)、 W11(D／ A1)使輸出為 5V。 22 上位機硬件配置 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；實時性強；通用性好；經(jīng)濟(jì)效益高等。其中高可靠性是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的保證。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)的控制機來實現(xiàn)系統(tǒng)硬件的功能。 由于 ISA總線具有軟件支撐特別豐富、 CPU功能強、市場上各種 I／ O模板極其豐富、各種高檔的圖形顯示控制卡及其支持軟件齊全、 PC機的價格較為低廉、 PC機聯(lián)網(wǎng)極為方便。因此，本系統(tǒng)選用支持 ISA等總線的臺灣研華 \控制機 ［ 9］ 。 23 第 4 章 熱電偶自動檢定系統(tǒng)溫度控制方法 在熱電偶檢定過程中，檢定爐的溫度控制的好壞對熱電偶檢定起關(guān)鍵作用。在實際系統(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。 熱電偶的檢定爐的物理模型分析 爐溫控制的準(zhǔn)確度不但取決于控制器本身的準(zhǔn)確度和 性能，也取決于它所控制對象的特性。對工作用熱電偶進(jìn)行檢定時，其 300℃以上溫度點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。結(jié)構(gòu)圖如圖 。 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)，任意兩點間溫差不大于 1℃。 作為溫控對象的檢定爐，對其進(jìn)行溫度控制的實質(zhì)應(yīng) 該是加熱與散熱的動態(tài)平衡。其溫場溫度變化與其熱容量、加熱量及散熱量有關(guān)。 假定， T為爐內(nèi)溫度， Qj為加熱量， QS為散熱量， A為檢定爐熱容。根據(jù)能量平衡的原理，有： dtTAd sj ????? （ ） 式中， t為時間，下同。 24 在保溫層一定情況下，檢定爐溫度越高則散熱量越大，△ QS與△ T有線性關(guān)系： TQTQ ss ????? （ ） 將 ()代入 ()則： dtTAdTQTQ sj ??????? （ ） 令 )(1 TQAK s ??? ， sQTK ???2 ，代入 ()，則整理后得： jQKTdtTdK ????? 21 （ ） 式中， Kl為時間常數(shù)， K2為溫度相對于散熱量的放大系數(shù)。由式 ()可知檢定爐可近似為一階慣性環(huán)節(jié)?？紤]到在實際的過程中，還存在延遲現(xiàn)象，所以被控對象檢定爐的數(shù)學(xué)模型中還有一個滯后環(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。 對于不同的被控對象， T、 K、τ的數(shù)值有所不同，對于同一臺檢定爐，它們的值也隨爐溫的變化而改變 ［ 10］ 。 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。PID控制是發(fā)展最早、理論最成熟、應(yīng)用最為廣泛的 控制策略，具有計算量小、實時性好、易于實現(xiàn)等特點。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)。實驗表明，在熱電偶檢定系統(tǒng)中，采用常規(guī)的 PID控制算法，會產(chǎn)生較大的超調(diào)，溫度雖然最后能夠穩(wěn)定下來，但調(diào)節(jié)時間很長，很難達(dá)到用戶提出的技術(shù)指標(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。常規(guī)的 PID控制系統(tǒng)框圖如圖 ： 比 例積 分微 分被 控 對 象r （ t ） +e ( t )_++U ( t )+E ( ) 圖 PID控制系統(tǒng)的原理框圖 PID的數(shù)學(xué)模型可用下式表示： ])()(1)([)( 0 dt tdeTdtteTteKtut diP ? ??? （ ） 其中： u(t)一控制器的輸出 e(t)一控制器的輸入，它是給定值和被控對象輸出值的差，稱偏差信號 KP一控制器的比例系數(shù) Ti一控制器的積分時間 Td一控制器的微分時間 在以微處理器為硬件核心的 控制系統(tǒng)中，由于是以采樣周期對輸入和輸出狀態(tài)進(jìn)行實時采樣，故它是離散時間控制系統(tǒng)。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。在式()中，令△ e(k)=e(k)e(k1)，則有 26 ])()()([)(0?????? ki dip TkeTieTTkeKku （ ） 在式 ()中，令 Ki=Kp/Ti， Kd=KpKd，則有 T keTieTkkeKkuki diP)()()()(0???? ?? （ ） 為了避免在求取控制量 u(t)時對偏差求和運算，在實際應(yīng)用中通常采用增量式： △ u(k)=u(k)一 u(k1) () 由于 )1()()1()1(10 ??????? ??? keTTieTkkeKku kidiP () 并且 △ e(k)=e(k)e(k1) △ e(k1)=e(k1)e(k2) 所以有 )2()1(2)([)()]1()([)( ?????????? kekekeTKkTeKkekeKku diP （ ） 模糊控制 摸糊控制系統(tǒng)是采用計算機控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字模糊控制系統(tǒng)。模糊控制系統(tǒng)組成原理框圖如圖 。 模糊控制系統(tǒng)是由被控對象、執(zhí)行機構(gòu)、過程輸入輸出通道、檢測裝置、模糊控制器等幾部分組成。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。過程輸入輸出通道一般指模／數(shù) (A／ D)、數(shù)／模 (D／ A)轉(zhuǎn)換單元和接口部件，電平轉(zhuǎn)換裝置及多路開關(guān)等。模糊控制器抗干擾能力強，響應(yīng)速度快。 27 圖 模糊控制系統(tǒng)組成原理框圖 模糊控制器又稱為模糊邏輯控制器，它的模糊控制規(guī)則用模糊條件語句來描述，是一種語言型控制器，因此有時又被稱為模糊語言控制器 ［ 11］ 。 模糊控制器的組成結(jié)構(gòu)如圖 。 模糊推理決策解模糊（模糊判決）模糊化過程實際輸入（量化 因子）實際輸出（比例因子）數(shù) 據(jù) 庫 規(guī) 則 庫 圖 模糊控制器功能模塊 模糊控制器由模糊化模塊、數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫構(gòu)成的知識庫、模糊推理模塊和解模糊模塊組成 ［ 12］ 。 模糊 PID參數(shù)自整定控制器的實現(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)的校正部分實質(zhì)是一個二維的模糊控制器。系統(tǒng)的輸入量是設(shè)定的溫度值，所以這里選擇模糊輸入接口模糊控制器輸出接口執(zhí)行機構(gòu)被控對象檢測裝置 r （ t ）+c ( t ) 28 控制器的輸入量為溫度的偏差 e和偏差變化率 ec，輸出量為 PID參數(shù)的修正量△ KP、△Ki、△ Kd。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。 表 模糊化結(jié)果 變量 e ec △ kP △ k1 △ kd 語言變量 E EC △ KP △ K1 △ KD 基本論域 [5 5] [1 1] [ ] [ ] [ ] 模糊子集 模糊論域 [6 6] [6 6] [6 6] [6 6] [6 6] 量化 /比例因子 6/5= 6/1=6 檢 定 爐P I D 控 制 器d e / d t模 糊 控 制 器CR +ee c 圖 模糊 PID參數(shù)自整定控制器的結(jié)構(gòu) 選擇各變量的隸屬度函數(shù)為均勻三角函數(shù)，這根據(jù)表 如圖 。 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。從 30