基于虛擬儀器的電阻爐溫度控制系統設計畢業設計論文(更新版)

　　

【正文】 確定性是指模型未知或知之甚少以及模型的結構和參數可能在很大范圍內變化。二、適應功能。二、推理機制——按照類似專家水平的問題求解方法，調用知識庫中的條目進行推理、判斷和決策。人工神經網絡（ANN）是近幾十年發展的一門新興的交叉學科，所謂“人工神經網絡。專家控制系統不同于離線的專家系統，其不僅是獨立的決策者，而且是具有獲得反饋信息并能實時在線控制的系統。三、組織功能。在傳統的控制理論中，線性理論比較成熟，而非線性理論很不成熟，非線性控制方法也比較復雜，采用智能控制方法可以較好的解決非線性系統的控制問題。隨著微機技術和智能控制理論的發展，出現了許多新型 PID 控制器，例如模糊 PID、神經 PID、預測 PID 等，對于復雜對象，其控制效果遠遠超過常規 PID 控制。傳統的控制技術是以經典控制理論或現代控制理論為基礎發展起來的，具有原理簡單、實現容易、技術成熟等優點，在工業控制中具有重要作用，其中 PID 控制是傳統控制中的經典控制方式之一。內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文）22內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文）23第四章 PID 控制算法簡介在測控系統中，被控量和操縱量確定之后，就可以根據對象的特性和對控制質量的要求，選擇控制器的控制作用，由控制器按規定的控制規律進行運算，發出相應的控制信號去推動執行器。四、熱電偶的劣化。熱響應時間要取決于傳感器的結構及測量條件，差別極大。例如，對高溫高壓蒸汽管道和一般流體介質管道，插入深度與其公稱通徑或管道外徑的大小有關。理論與實驗表明：用集成溫度傳感器測量環境溫度，利用中間溫度定律和二次分度表查詢進行線性插值，可以實現熱電偶的高精度測溫。圖 熱電偶測溫系統結構框圖熱電偶采集被測溫度信號并將其轉化為電壓信號，經儀表放大器放大，濾波電路濾波后輸入到數據采集卡，轉換為數字信號傳給 PC。由于熱電偶熱電勢和溫度之間的非線性以及冷端溫度的不穩定，影響了測溫精度。AD590 是一種電流型的溫度傳感器，因此具有較強的抗干擾能力，使用于計算機進行遠距離溫度測量和控制，遠距離信號傳遞時，可以采用一般的雙絞線來完成，其電阻比較大，因此不需要精密電源對其供電，長導線上的壓降一般不影響測量精度，而且不需要溫度補償和專門的的線性電路，由于 AD590 上述的優點，使其在溫度測量領域得到極為廣泛的應用。它們被稱為標準熱電偶。系統結構圖如圖 所示：其中 G(S)為被控對象的傳遞函數，D（S）為控制器的數學模型，也是控制算法，它是控制系統的核心。 模型的檢驗 。采用 NI 的 LabVIEW/WEB Server 技術和 Datasocket 技術可以實現診斷對象的遠程狀態監控。這種思想對從根本上改變傳統實驗教學方法，降低實驗室建設與管理成本，實現遠程實驗教學具有重要的參考價值。傳統臺式儀器制造水平不僅取決于設計，還依賴于工藝和加工水平，因此短期內提高是有一定困難的。虛擬儀器設計所采用的圖形化編程語言，十分適合工程師應用，有利于提高企業自主開發和管理項目的能力，降低工業自動化技術改造的成本。虛擬儀器技術作為計內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文）11算機技術與儀器技術相結合的創新技術，應用前景十分廣泛。如今，許多插卡式的數據采集主板同時還設置了技術先進的直接存儲器存取時以及兼容于多種主板的觸發功能，增強了主板之間的同步性和信號結合性。同時，虛擬儀器面板上的顯示元件和操作元件的種類與形式不受“標準件”和“加工工藝”的限制，他們是由編程來實現的，設計者可以根據用戶的認知要求和操作要求，設計儀器面板。前面板包括旋鈕、按鈕、圖形和其它的控制(controls)與顯示對象(indieators) 。這樣，不僅簡化了開發過程，而且可生成按編譯速度執行的可復用代碼。LabVIEW 是一個面向最終用戶的工具，它可以增強用戶構建自己的科學和工程系統的能力，提供了實現儀器編程和數據采集系統的便捷途徑，使用它進行原理研究、設計、測試并實現儀器系統時，可以大大提高工作效率，其主要特點可歸納為如下幾點：(l)簡單的方案。 虛擬儀器的開發平臺—LabVIEW LabVIEW 是一種圖形化的編程語言，它是由美國 NI 公司推出的虛擬儀器開發平臺，也是目前應用最廣、發展最快、功能最強的圖形化軟件集成開發環境。其中，PCDAQ系統是構成 Vl 的最基本的方式，也是最廉價的方式。虛擬儀器的構成方式主要有五類。此外，用基于軟件體系結構的虛擬儀器代替基于硬件體系結構的傳統儀器，還可以大大節約儀器的購買和維護費用。(2)突出“軟件就是儀器’的概念。在系統集成后，對被測對象進行數據采集、分析、存儲、顯示，組建自己所需要的儀器。在測試系統和儀器設計中盡量用軟件代替硬件，充分利用計算機技術來實現和擴展傳統測試系統與儀器的功能。 文研究的重點和難點電阻爐具有高度非線性、大時滯、大慣性、時變性等特點，應用傳統的 PID 控制雖然結構簡單、容易實現，卻依賴于被控對象精確的數學模型且無法保證控制精度。利用虛擬儀器的巨大優越性，改善電阻爐溫度的控制品質，提高控制效果。總之，我國的電阻爐的控制設備的現狀不容樂觀，它主要有以下特點：一小部分比較先進的設備和大部分比較落后的設備并存。一般電源電壓 220 伏或 380 伏，必要時配置可調節電壓的中間變壓器。按電熱產生方式，電阻爐分為直接加熱和間接加熱兩種。首先，控溫精度要高。 PID controller。與傳統儀器相比，虛擬儀器具有功能更豐富、處理速度更快、測量效率更高、可擴充性更好的優點。作為計算機技術和現代儀器技術相結合的產物，虛擬儀器實現了在傳統測試理論和控制方法上的革命性突破。 In this paper, we use incremental PID control algorithm for autotuning parameters.As product of bination of the puter technology and modern equipment technology,it make a revolutionary breakthrough from traditional test and measurement methods .Compared with traditional instruments, virtual instrument has a more featurerich, faster processing speed, more effective measurement, the advantage of better this paper, the virtual instrument and intelligent temperature control is bined, we use LabVIEW to develop a set of selftuning PID control algorithm of the temperature control system. Paper provides an overview of the development of intelligent temperature control and the status , describes the development of virtual instrumentation and its salient features. Detailing the system design and implementation, including data acquisition, data processing, digital filtering and other functions of the Design and Implementation of modules. Keywords: virtual instrument。電阻爐是熱處理生產中應用最廣的加熱設備，這樣加熱時均溫過程的測量與控制就成為關鍵性的技術。輻射式電阻爐以輻射傳熱為主，對流傳熱作用較小；對流式電阻爐以對流傳熱為主，通常稱為空氣循環電阻爐，靠熱空氣進行加熱，爐溫多低于 650℃。根據需要，爐內氣氛可以是普通氣氛、保護氣氛或真空。但若被控對象發生變化，難于實時的調整控制參數，不能滿足實時控制的要求，而且溫度變化曲線的記錄不易實現。 論文研究的主要內容本文以電阻爐為研究對象，針對電阻爐的溫度，在比較、研究不同控制策略的基礎上，主要對虛擬儀器在電阻爐溫度控制中的應用進行了研究。(7)系統運行檢驗，并對所做工作進行了總結，對未來的研究作了展望。虛擬儀器概念的出現，打破了傳統儀器由廠家定義功能的工作模式，使得用戶可以根據自己的要求，設計自己的儀器系統。用戶通過鼠標或鍵盤操作虛擬面板，檢驗儀器的通信和操作。虛擬儀器將信號分析，顯示，存儲，打印和其他管理集中交由計算機來處理，充分利用了計算機的強大的數據處理，傳輸和發布能力，使得組建系統變得更加靈活、簡單。虛擬儀器既可以作為測試儀器獨立使用，又可以通過告訴計算機網絡構成復雜的分布式測試系統，進行遠程測試、監控與故障診斷。可以根據實際的情況采用不同的 I/O接口硬件設備，如數據采集卡(DAQ)、GPIB 總線儀器、 VXI 總線儀器、PXI 總線儀器、串口儀器等。無論上述那種 Vl 系統，都是通過應用軟件將儀器硬件與通用計算機相結合。隨著軟件技術的迅速發展，軟件開發的模塊化、復用化，對各種硬件儀器的驅動軟件模塊化、標準化，將使虛擬儀器軟件開發變得更加方便。LabVIEW 簡化了虛擬儀器系統的開發過程，縮短了系統的開發和調試周期，它讓用戶從煩瑣的計算機代碼編寫中解放出來，把大部分精力投入系統設計和分析當中，而不再拘泥于程序細節。另外，它還有一個多線程和用于最大限度提高系統性能的優化圖形編輯器。前面板是 LabVIEW 程序的圖形用戶接口，此接口集成了用戶輸入，并顯示程序的輸出，相當于傳統儀器的面板。這樣，在每個分面板上就可以實現功能操作的單純化與面板布置的簡潔化，從而提高操作的準確性和便捷性。用戶可以通過虛擬儀器來簡化一臺復雜的獨立儀器的操作，虛擬儀器也可以只作為集中控制儀器的一個部分，只實現其中的一部分功能，其使用是相當靈活的。它功能強大，可實現示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號校正器等多種普通儀器全部功能，配以專用探頭和軟件還可以檢測特定系統的參數，如汽車發動機參數、汽油標號、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數等多種數據；它操作靈活，完全圖形化界面，風格簡約，符合傳統設備的使用習慣，用戶不經培訓即可迅速掌握操作規程；它集成方便不但可以和高速數據采集設備構成自動測量系統，而且可以和控制設備構成自動控制系統。傳統的軟件設計方法使得實際工程人員很難掌握和修改專業人員編寫的軟件，工作積極性和創造力受到影響，許多項目實際效果并不理想。即使像數字萬用表，發生器等基礎測量儀器，國產的與進口的產品在功能上，易用性方面仍存在差距。利用這些虛擬儀器，學生在計算機上就可以學習和掌握儀器原理，功能與操作，并通過儀器與儀器，儀器與電路的相互配合，完成實際測試過程，達到與用實際儀器教學相同的目的。網絡化的虛擬儀器可以為遠程故障診斷提供形象生動的現場資源，增強臨場感。為獲取電阻爐針對仿真足夠精確的數學模型，其他的辨識方法和模型結構也被加以比較和嘗試，如作圖法，兩點法獲取一階慣性加純滯后模型，二階慣性加純滯后系統模擬法等。本系統選用一階慣性加純滯后環節（）作為電阻爐模型。熱電偶的分類：目前，使用較廣泛的熱電偶有幾十種，但國際電工委員會只對其 D（ S） G(S)r e u_ y內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文）17中幾種已被國際公認，性能優良和產量最大的熱電偶制定國際標準。AD590半導體集成溫度傳感器是一種二端式器件，測溫范圍55150℃，工作電壓 430V，AD590 是一種恒流源形式的溫度傳感器，只需要在其二端加上一定工作電壓則其輸出電流隨溫度變化而變化，其線性電流輸出為 1uA/K，即溫度每變化 1 攝氏度其輸出電流變化 1 毫安。 電阻爐熱電偶測溫熱電偶是一種應用廣泛的測溫儀表，具有結構簡單、使用方便、能夠遠距離傳送和多點測量等優點。 熱電偶測溫的硬件由熱電偶傳感器、集成溫度傳感器、AD590、信號調理模塊、數據采集卡及PC 四部分組成，系統結構如圖所示。軟件自動顯示冷、熱端溫度及電壓，畫出溫度變化曲線。金屬保護管因其導熱性能好，其插入深度應該深一些。在測溫時需要保持一定時間，才能使兩者達到熱平衡，而保持時間的長短，同測溫元件的熱響應時間有關。因此，除了定期檢定外，為了減少誤差，經常抽檢套管是否結焦也是必要的。 盡管熱電偶測溫誤差會因為插入深度、熱響應時間、熱輻射及熱阻抗、熱電偶劣化等因素而存在，但如果能夠清楚誤差產生的原因，掌握解決辦法，并積極采取相應有效的補償措施，仍然能減小測溫誤差，提高測量準確度，從而延長熱電偶的使用壽命。 PID 控制和智能控制的介紹PID 控制技術。而實際工業生產過程往往具有非線性、時變性、不確立性，難以建立精確的數學模型，應用常規 PID 控制器不能達到理想的控制效果；而在實際現場中，由于受到參數整定方法煩雜的困擾，常規 PID 控制參數往往整定不良、性能欠佳，對運行工況的適應性較差，鑒于此情況，人們一直在研究 PID 參數的自動整定技術，以適應復雜的工況和高指標的控制要求。二、高度的非線性。系統應具有適應受控對象動力學特性、環境變化和運行條件變化的能力。專家控制是將專家系統的理論和技術同控制理論方法和技術相結合，在未知環境下，仿效專家的智能，實現對系統的控