基于虚拟仪器的智能温度控制系统设计.pdf

2009年3月 连云港师范高等专科学校学报 March，2009 第 1期 JournalofLianyungangTeachersCollege No．1 基于虚拟仪器的智能温度控制系统设计 仲蓁蓁 (苏州工业职业技术学院 电子工程系，江苏 苏州 215104) [摘 要】针对电阻炉具有时滞性、时变性和非线性等特性，常规PID控制难以达到较高的控制精度，本文提出 用I_abVIEW开发基于模糊 自整定的PID智能温度控制系统方案，论述 了系统的硬件与软件的设计方法，并通过MAT- LAB仿真结果，比较模糊 自整定PID控制系统与常规 PID控制系统的阶跃响应曲线，仿真结果表明，本系统在超调 量、控制精度、动态响应等方面比常规PID温度控制系统更具有优势． [关键词】IJa 匹w；模糊控制；PID控制器 [中图分类号】TP213 【文献标识码】A [文章编号]1oo9一w4o(~o9)ol一0103—03 l 引言 2 基于虚拟仪器的智能温度控制系统硬件设计 电阻炉是一种非线性、时变性、大时滞的被控对 本系统主要是对电阻炉内温度实现数据采集与 象，用精确的数学模型表示其特性是十分困难的，常 自动控制，其硬件组成如图l所示．它主要由温度测 规PID控制只有在参数整定准确的且系统不发生剧 量 电路、温度控制电路、一块基于 PCI总线的多功能 烈变化的情况下，才能够达到较高的控制精度…．然 数据采集卡及相应的软件组成．其工作过程如下：温 而这两点对一般的电加热炉温度控制系统来说都难 度信号由热电偶传感器转换为电压信号，经信号调 以满足，所以用常规的PID控制算法很难取得 良好 理和数字滤波后通过数据采集卡进入计算机，计算 的控制效果；PID控制的效果好坏关键在于控制参 机利用 LabVIEW程序对输入的数据进行分析处理， 数是否合适，而模糊 自整定的PID控制器能够实现 并将测量的温度结果显示出来，同时计算机将采集 PID的三个参数 自整定，是基于对象的无模控制，避 卡输入的信号根据模糊 自整定的PID控制算法求出 免了人工整定的麻烦，具有结构简单、控制精度高、 系统输出信号的大小，其输出信号通过数据采集卡 鲁棒性强的特点．本文把虚拟仪器与智能温度控制 D／A通道输出给外部温度控制电路以达到控制温度 相结合，用LabVIEW开发了一套基于模糊 自整定的 的作用． PID控制算法的温度控制系统． 图 1 智能温度控制系统的硬件组成 2．1 温度测控对象 程．本系统选用NI公司的PCI一6221型数据采集卡 采用实验用的箱式电阻炉 SX2—4—10，额定电 作为系统硬件的核心部分．它支持单极性和双极性 压220伏，额定功率4千瓦，最高温度 1000c=《． 两种模拟信号的输入，信号输入范围分别为一l0一 2．2 采集卡 +IOV和0—02V，提供 l6路 l6位的模拟输入通道， 数据采集(DataAcquisition，简称 DAQ)就是将温 最大采样速率为250KS／s；2路 l6位的模拟输出通 度等物理信号转换成数字量并传递到计算机的过 道，最大输出频率为833KS／s，24线的TIL型数字 I／O [收稿日期】2008—12—28 [作者简介】仲蓁蓁(19r75一)，女，江苏宿迁人，苏州工业职业技术学院讲师，苏州大学电子信息学院硕士生，主要从事电 子通讯与信号检测方面研究。 及32位定时计数器等多种功能． 触发及负载等单元构成，电路原理如图2所示．其基 2．3 信号调理模块 本原理是通过改变晶闸管的导通角来改变加热棒两 测温元件热电偶产生的是低 电压信号，它需要 端的