计算机控制——chapter8计算机控制系统的设计与实现课件幻灯片.ppt

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 2、系统整体设计    本系统主要完成数据采集、数据显示、炉温控制、上下位机通信、数据库的管理、事故检测及故障处理与报警等功能。 系统上位机为586工控机,在windows98环境下开发DELPHI应用程序; 下位机为自行研制的单片机智能控制器,采用规则自寻优模糊控制算法进行过程控制; 上下位机采用485半双工通讯; 热处理炉主回路采用双向可控硅控制; 双向可控硅的触发通过过零触发器控制触发,下位机输出通断率控制信号,产生双向可控硅的过零触发脉冲。  系统整体结构如图8.5所示。 图8.5  系统整体结构  3、智能模糊控制器软、硬件设计    本系统的下位机为自行开发的智能控制器。80C196KC单片机是控制器的主体,它与一些扩展电路(程序存储器,数据存储器,地址锁存器,地址译码器等)构成处理器模块。被测量的热偶输出mV信号经过放大电路放大成0~10V的标准信号,再将此信号经A/D转换之后进入单片机,单片机根据输入的各种命令,通过模糊控制算法计算得到控制值,输出脉冲触发信号,通过过零触发电路驱动双向可控硅,从而加热热处理炉。另外,智能控制器还包括与上位机的通讯接口,硬件看门狗电路,下位机数据保存电路,故障检测电路,数码显示电路以及各种电源等。智能模糊控制器的硬件框图如图8.6所示。 图8.6 智能模糊控制器硬件框图  下位机智能模糊控制器程序的主要流程是:    利用定时器中断,产生控制周期,控制周期一到,程序则转入控制模块,调A/D转换模块及分度表模块得到炉温的反馈信号,根据给定值和控制算法得到控制量,经HSO输出口输出脉冲信号控制过零触发器。    下位机的启动、停止及复位等命令和给定值手工设定利用外部中断产生,有外部中断则调外部中断服务程序确定下位机控制面板命令状态;上位机的命令是通过串行口中断到通讯模块的。程序框图如图8.7所示。 图8.7 智能模糊控制器程序流程图 (a) 主程序流程图 (b) 控制算法流程图  4、规则自寻优模糊控制算法研究    模糊控制是智能控制中的一大分支,它具有以下特点:它是一种非线性控制方法,工作范围宽,适用范围广,特别适合于非线性系统的控制;它不依赖于对象的数学模型,对无法建模或很难建模的复杂对象,也能利用人的经验知识来设计模糊控制器,完成控制任务。而传统的控制方法都要已知被控对象的数学模型,才能设计控制器;它具有内在的并行处理机制,表现出极强的鲁棒性,对被控对象的特性变化不敏感,模糊控制器的设计参数容易选择调整;算法简单,执行快,容易实现;不需要很多的控制理论知识,容易普及推广。    本系统的对象热处理加热炉是一种具有纯滞后的大惯性系统,用基于精确数学模型的常规控制难以保证加热工艺曲线要求。为此,我们选用模糊控制算法中的规则自寻优算法。  算法的基本原理如下:    我们采用解析表达式描述的控制规则,它简单方便,易于处理。二维控制规则自寻优算法可以用解析表达式概括为:  式中:α为修正因子。控制作用取决于偏差及偏差变化率,当α取不同值时,对偏差及偏差变化率的权重不同,则控制规则不同。当α较大时,表明控制规则对偏差重视程度高,而对偏差变化率的加权小,因此超调大,振荡幅度大;当α较小时,对误差的重视程度较低,超调较小,振荡幅度也较小,稳定性好。    可以通过改变α的大小调整控制规则。控制系统在不同的状态下,对控制规则中误差与误差变化率的加权程度应有不同的要求。如误差较大时,控制系统的主要任务是消除偏差,此时对误差的加权应该大些;当误差小时,控制系统的主要任务是使系统尽快稳定,减小超调,此时要求在控制规则中误差变化率的加权大些。只有根据不同的状态来选用不同的修正因子,才能更加真实地体现人的控制经验。同时,为了获得好的控制性能,就要求α值在控制过程中可在线调整。    为了得到好的控制性能,就要求值在控制过程中可调整,即控制规则可在控制过程中在线修正。我们采用运筹学中的“优选法”对进行在线修正,如下式所示:    本系统控制原理图如图8.8所示。 图8.8 热处理加热炉智能模糊控制系统原理图  5、上位机软、硬件设计    本系统上位机采用586工控机,利用DEPLPHI高级编程语言在Windows98下进行控制程序开发。它主要用来向下位机发布监控命令,接收现场控制器发回的反馈信息,完成记录、统计、保存、打印等管理工作。它的组成部分包括各种界面设计,数据库管理,与下位机通讯程序的设计,温度设定计算等。   上位机操作界面包括以下部分:  启动界面:要求输入口令,口令正确则进入主界面,口令错误3次以后退出系统。  主界面:有炉号选择、设定曲线与实际曲线的显示、数据表格、各炉号的状态显示,以及有实时数据、历史数据查询、开始运行、停止本炉、查看报表、打印报

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