微型計算機原理及應用第三版電子教案第14章-資料下載頁

　　

【正文】 為敘述方便，我們將兩個控制器分別進行討論。 對于小閉環來說，干燥道 5個溫區就是 5個不同參數的控制對象，但每一個溫區的控制系統框圖是相同的，如圖 。 軟件控制器的原理介紹及討論 其中控制對象的熱交換器猶如一個用暖氣片加熱的大溫箱，它本身具有很大的慣性和滯后。控制器通過執行機構電動調節閥 (開、關、停 3狀態 )控制蒸氣進入量，從而達到控溫目的。所以可以考慮的控制方案有：簡單開關控制、死區控制、差值時間比例控制、差值時間 PID控制等。 前 3種方法我們都編了程序并在現場進行了試驗，均未取得理想效果。 至于 PID差值 —— 時間控制，其公式為： Y＝ K1ΔTi+K2∑=0ΔTj+K3(ΔTjΔTj1) (開關時間正比于 Y值 ) i j 這種控制器用微處理機來實現并不困難，但由于 PIDK1,K2,K3要根據各溫區的固有參數(滯后時間，慣性大小 )來分別整定，而測量這些固有參數又十分困難，所以不但要占用大量機器內存，而且調試手續十分繁復。過去廠里用常規儀表 PID來控制未取得理想效果，其原因也在于此。所以，采用了另一種特殊的控制方法。它可以用下面的公式來描述： Δ Ti＜ ε，且 dTi/dt＞ 0 Δ Ti＞ ε，且 dTi/dt＜ 0時，閥門開 其他情況時，閥門停 其中 ΔTi＝ T給 Ti， ε為死區。 經現場實驗和半年以上的運行證明效果良好。平均溫度被控制在 T給 177。 ℃ ，波峰值小于 1℃ 。 用圖 。 圖 當實際溫度 Ti到達 A點以前，即 ε＜ ΔTi＜ εTi Ti離開死Ti小于最大值 (B點 )，則滿足 ΔTi＝ T給 Ti＜ ε，且 dTi/dt＞ 0的條件。閥門則迅速關下，使溫度開始下降。而當 Ti一開始下降 (B點以后 )，dTi/dt＜ 0，不再滿足上述條件，閥門就停止在這位置上，一直到 D點， Ti的變化又開始滿足另一條件ΔTi＝ T給 Ti＞ ε，且 dTi/dt＜ 0，閥門才重新開啟 …… 這種控制方法很像微分控制。但由于它不是依據對象參數 (時間常數 )而是依據輸出情況來判斷改變控制器的輸出，它不僅考慮了實際溫度與給定值的偏差，而且還考慮了實際溫度的變化趨勢，所以它對 不同的干燥道溫段都同樣可以達到減小超調和波動的目的。亦即有一定的自適應效果。這樣，調整控制器參數的過程就被大大地簡化，便于應用。實際使用時只需編制一個控制程序 (控制器 )而不需要對 5個溫段分別進行編程。 當然，編程時還應考慮其他一些細節問題，例如 5個溫段的控制次序、 Ti偏離給定值過大時應加強控制(即讓閥門全開或全閉 )、對采集數據進行噪聲濾波 上面敘述的小閉環只解決了各溫度段的控制精度和調節速度問題。開機時人工設定的溫度給定值僅僅是經驗數據，不一定對各種相紙 (或膠片 )都合適，何況即使暫時合適了，也會由于大氣變化、乳劑流 量的波動和乳劑濃度變化等因素使相紙干燥后含濕量達不到要求。為了保證含濕量一定，就必須隨時修正溫度給定值。大閉環就是為了這個目的而設置的。 圖 出來送給微處理機，微處理機定時地把該測量值與含濕量給定值進行比較，如發現不合適則修改各溫段的溫度給定值。由于各段溫度給定值存放在微處理機的內存中，且實現了機器自動修改，它比人工調節儀表或閥門要快得多而且也準確得多。另外，修改方案也可以各式各樣，非常方便。 實際系統中可以采用帶優先權的逐個修改法。這種方法實質上是把工人實際經驗程序化，也就是先調 整對干燥影響最大的溫段溫度，當該溫段溫度調到極限值 (工藝要求 )后，按優先權次序，再調整下一溫段的溫度 …… 具體做法只要在運行時調整定時時間 (間隔一定的時間再進行修改 )即可達到較好的效果。 大、小閉環中的兩個控制器都是由微處理機完成的，亦即硬件軟件化。另外為了充分利用微處理機的功能我們還編制了顯示、鍵掃描 (便于人機對話 )、打印等程序。主程序流程如圖 。 圖 圖 ，其中大環控制子程序和采樣控制子程序即為相應的大閉環和小閉環中的控制器。由于整個軟件系統采用了子程序化模塊化，所以不但便于設計和調試，而且也便于今后的修改和擴展。另外，程序可全部固化在EPROM中，所以也十分便于使用、保存和推廣應用。 單片機在稱重裝置中的應用 微電子技術的發展帶來了衡器具產品的革命，目前廣泛使用的稱重系統即為微型計算機化的電子秤。商用計價電子秤就是微型計算機稱重系統的典型實例。 商用計價電子秤的功能 商用計價電子秤主要是指在零售商店使用的、可以同時給出所稱重物的重量、單價和金額的盤秤，臺秤等。電阻應變式電子秤是目前使用最普遍的一種商用計價秤 (見圖 )。它主要由秤盤、秤體 (包括傳力機構、稱重傳感器及一些附件 )和顯示儀表等 3部分所組成。量程主要有 15kg/5g、 6kg/2g和 3kg/1g 三種規格；精度為 1/1000；顯示位數為：重量 5位，單價 5位，金額 6位。基本功能主要有： 圖 (1) 稱重和計價功能。在正常稱量狀態下，在秤盤上放上重物后，重量、單價和金額就會同時在各自的窗口顯示出來。如果重物的重量超過秤的量程，所有顯示將熄滅。當金額超過 6位時，金額顯示將熄滅。 圖 (2) 零位自動調整功能。在重量滿量程的 177。 2%以內，有零位自動調整功能。就是當電源開關接通時，如秤盤上沒有重物，數碼管閃爍兩次后，全部數字顯示零。如果秤盤上有重物，且超過零位的調整范圍，所有數字顯示均熄滅，但“零位錯誤標志”亮。當除去秤盤上的重物，然后按下“置零”鍵，全部數字顯示即可回零，同時“零位標志”亮，表示秤的 (3) 扣除皮重功能。當在秤盤上放上重物的包裝皮，將有皮重顯示，當按下“去皮”鍵后，皮重就自動裝入單片機，重量顯示為零，“去皮標志”亮。當把重物的包裝皮從秤盤上取下之后，重量顯示負的皮重，且“零位標志”和“去皮標志”同時亮。要更換皮重時， 可先把新的包皮放在秤盤上，然后按下“去皮”鍵，原來的皮重就會自動的調換成新的皮重。要清除原來的皮重，需把重物和包皮同時取下后，按下“去皮”鍵，皮重即被清除，且“去皮標志”滅。 (4) 單價設定功能。重物的單價可以使用單價設定鍵盤上的數字鍵，在任何狀態下置入，并可用“清除”鍵清除，或者用數字鍵進行改寫，“ 00”鍵可以一次置入 2個“ 0”，簡化了操作。 圖 硬件結構 上述商用計價電子秤微機系統的硬件結構如圖。它由 8098單片微機 (包括程序存儲器 )、數據采集通道 (包括傳感器，放大器 )、鍵盤顯示及其驅動電路和標定系數設定開關及其接口電路等幾部分組成。 程序流程設計 商用計價電子秤的總體程序流程如圖 。流程共分零位自動調整和自動稱量兩個部分。接通電源后的2s內為零位自動調整過程。開機 2s后進入自動稱量。零位自動調整范圍為滿量程的 2%。如果空秤時，儀表輸入超過 2%FS，便不能自動調整，“零位錯誤標志”燈亮。儀表零位自動調整好由“零 位標志”燈亮指示。在空秤時，輸入重量小于 2%FS的條件下，按下“置零”鍵，“零位標志”燈才亮。只有在“零位標志”燈亮后才能進行正常稱量。滿量程超載的標志是全部數字顯示熄滅。當“金額”超過 6位數字顯示時，“金額”的數字顯示熄滅，作為金額超限標志。單價設定與秤盤上有無重物無關。 習題 微型計算機的應用一般可以分成若干類型，各有何特點 ? 為什么在計算機應用上經常要使用 A/D及 D/A轉換器 ?它們各有什么用途 ? 在 可以用 PLC來代替微型 (單板 )計算機 ?試作一電路原理簡圖以說明之。 微型計算機在開環及閉環控制系統中各起什么主要作用 ?用微型計算機于控制系統中比不用計算機的自動控制系統的優點是什么 ?可根據各人所從事的專業工作體會舉一例說明之。 微型計算機用以控制多對象，或一個多參數的對象的復雜過程，尤其在最優化控制系統中更顯出其優點。試就你的專業工作擬定一個較為有意義的控制系統的方塊圖，并作相應的描述，指出其經濟意義和社會意義。 單片微型計算機 (簡稱單片機 )是機電一體化的核心。試就你所知的機械、儀器、實驗室裝置及日用或商業用的設備舉出一兩項可以采用單片機的設備，并說明單片機在其中所起的作用。