基于工控机的微型加热器温度控制系统概述.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,4,章,基于工控机微型加热器温度控制系统,4.1,工控机试验装置,4.2,系统总体设计,4.3,系统硬件设计,4.4,系统软件设计,返回总目录,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第1页,4.1,工控机试验装置,4.1.1,工控机试验装置介绍,工控机（,IPC,）试验装置分类：,柜式,、,台式,及,盒式,。,研华,IPC,按结构分类：,1,、普通台式,其,I/O,接口卡插在主机,ISA,或,PCI,插槽里，还有分布,式,RS-485,远程控制,I/O,模块等,2,、整体式,键盘和显示器均固定在主机上,3,、模块式,模块种类有电源模块、,CPU,模块、输入输出,I/O,接口卡模块、工,业以太网接口模块、现场总线接口模块和分布式,RS-485,远程控制,I/O,模块等）多,D/A,结,构（,图,2-1(a,),）和共享,D/A,结构（,图中,2-1(b),）。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第2页,柜式工控机（,IPC,）,图,4-1 IPC,试验装置外形与结构,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第3页,4.1.2,控制要求,1,、硬件设计,(1),被控对象设计,(2),加热器电源设计,(3),主控装置设计,(4),加热器控制电路设计,(5),加热器电气及电子原理图设计,(6),信号调理模块和加热器模块电气及电子工艺设计,2,、控制方式与控制指标,除了手动方式控制以外，还有自动方式控制,。,3,、软件设计,采取中国亚控企业汉字组态王,Kingview,及与其配套软,PLC,语言,KingACT,为编程语言。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第4页,4.2,系统总体设计,4.2.1,系统设计流程,1,、系统调研和设计任务书拟订,自动化系统设计任务书是整个系统设计依据，同时又是今后设备竣,工验收依据。,2,、方案设计,对同一控制对象和控制要求，往往有各种控制方案。在满足控制要求,前提下，设计方案应该力争简单、经济和实用，不宜盲目追求高指,标。,3,、安全性、可靠性考虑,4,、硬件与软件设计,5,、系统安装调试,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第5页,4.2.2,控制方案设计,1,、软硬件主要方案,（,1,）,硬件部分,前面已经叙述过，除了用工控机,IPC,及其,I/O,摸板控制已经确定以外，还有：要求采取微型廉价测温传感器测量温度；要求采取高效集成式控制电路控制加热器加热元件。,（,2,）,软件部分,前面已经叙述过，用基于经典自动控制理论模拟,PID,数字式恒值温度控制和基于当代控制理论离散型动态规划及最小原理变值温度控制控制，采取汉字组态王,Kingview,及与其配套软,PLC,语言,KingACT,为编程语言。,2,、控制算法与软件方案拓宽,（,1,）控制算法,（,2,）编程语言,（,3,）设计题目树,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第6页,4.3,系统硬件设计,4.3.1,系统组成结构,图,4-2,加热器,IPC,控制系统组成结构,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第7页,4.3.2,系统功效划分,1,、工控机,IPC,IPC,是整个控制系统关键和大脑。从自动控制理论角度出发，,IPC,属于自动运算、,调整和控制步骤。,2,、,ISA,或,PCI,多功效卡,加热器,IPC,控制，现有模拟量控制，又有开关量控制，故要有,AI,、,AO,、,DI,和,DO,输入输出点，要选择多功效卡。多功效卡产生,TTL,级控制信号。,3,、通信转换模块及远程模块,因为,IPC,另外还要控制电梯等对象，控制电梯需要较多,DI,、,DO,点，而多功效,卡上,DI,、,DO,点不够用，故要增设这两个模块及,RS232/485,通信转换模块，兼,有远程网络控制功效。,4,、信号调理模块,5,、加热器模块,6,、,AC,电源和,DC,电源,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第8页,4.3.3,工控机,IPC,概述,1,、,IPC,硬件,研华企业是国际上最早从事工业计算机和自动化控制器生产厂商之一研华产品市场占有,率较高,。,研华,主要产品,系列有：,(1),工业计算机平台,(2),电子自动化,(3),嵌入式计算机,(4),数字视频平台,2,、,IPC,软件与组态软件,除了可用通用汇编语言、,VB,和,C+,语言编程以外，还含有方便用户编程多,实时工业组态软件，而普通,IPC,工业监控已较少使用前三种语言编程。,工业组态软件特点有：,(1),内置实时数据库,(2),图形化软,PLC,语言（梯形图,LD,和功效块图,FBD,等）编写非常直观,(3),能高速采样与控制,(4),拥有同其它语言进行通信软件接口,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第9页,4.3.4,主控设备选型及配置,工控机,IPC,及其,I/O,板卡是本课题主要控制设备,。,1,、,IPC,主机,设备选型,(1),选定普通台式,IPC,。,(2),详细选,IPC-610,型。,(3),全长,All-in-One CPU,卡选,PCA-6187,型。,(4)1,个硬盘，,1,个光驱，,1,个鼠标，,1,个键盘，,1,台,17,英寸彩色显示器。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第10页,2,、插入式数据采集控制,考虑到作为普通,IPC,试验和低速数据采集控制工业应用，选取,PCL-812PG,型,ISA,多功效卡。,其,性能指标,为：,16,路,12,位单端模拟量输入,AI,2,路,12,位,AO,输出,一个,Intel 8253-5,型可编程定时器,/,计数器,16,位数字量输入,DI,，,16,位数字量输出,DO,连接插座,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第11页,3,、信号调理模块和端子板,(1)PCLD-782,型光隔离数字量输入板,信号调理模块和端子板用于连接主机箱里,PCL-812PG,多功效卡。,图,4-3 PCLD-782,型光隔离数字量输入板内部及外部接口电路,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第12页,(2)PCLD-785,型继电器输出模块,图,4-4 DO0,继电器输出通道与,PCLD-780,型螺旋接线端子板单个通道电路图,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第13页,(3)PCLD-780,型螺旋接线端子板,PCLD-780,型接线端子板含有,2,套,10,通道连接器，其单个通道电路图如图,4-4b,所表示。,共有,4,种设置方式：,直通连接（工厂出厂设置）,R1=0,，,R2,和,C,取消。,1.6KHz,（,3 dB,）低通滤波器,R1=10K,，,C1=0.01F,，,R2,取消。,10,比,1,电压衰减器,R1=9,，,R2=2,，,C1,取消。,0,20mA,到,0,5V,（,DC,）信号转换器,R1=0,，,R2=250,，,C1,取消。,4,、远程通信模块和远程控制模块,(1),通信转换模块,选取,AIAM-4520,型光隔离,RS232,至,RS-422/RS-485,转换模块。,(2),远程数字量输入输出模块,选取,2,块,AIAM-4050,数字量输入输出模块（,7,点,DI,，,8,点,DO,），输入电压电平,0,30V,，,8,路,NPN,型晶体管集电极开路数字量输出。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第14页,4.3.5,系统电气电子原理图设计,一、,IPC,、,I/O,插卡、信号调理模块、按钮和指示灯电路设计,工作原理：,图,4-5,微型加热器,IPC,控制系统电气原理图,(,略）。,二、加热器电路设计,加热器电路如图,4-5,所表示。,1,、加热器信号输入,加热器信号输入端有两个，分别为,AIU0,和,AII0,，分别采取,工业控制标准,电压信号（,0,5V,）和电流信号（,0,20mA,）两种方式。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第15页,图,4-5,微型加热器,IPC,控制系统电气原理图,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第16页,2,、输入信号放大与槽形电压表指示,输入信号采取单电源运算放大器,N1A,进行放大,所用运算放大器,LM358,内部有两个独立、高增益、内部频率赔偿,双运算放大器,电压表,PV1,为,槽形,电压表,稳压二极管,VZ1,用于保护表头,3,、,SG3524,型,PWM,控制芯片介绍,加热元件加热电阻,R30,（,100,，,10W,）,采取功率管,V20,高效脉宽调制方式,控制,SG3524,是美国硅通用企业（,SiliconGeneral,）生产,端推挽输出式脉宽调制器,，工作频率高于,100kHz,，工作,温度为,0,70,，适宜控制,100W,500W,中功率开关电,源、加热器和直流电动机等。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第17页,SG3524,采取,DIP-16,型封装，其内部结构如,图,4-6,所表示，管脚功效,:,引脚,1,：,反相输入，误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反,馈信号。在开环系统中，该端与赔偿信号输入端（引脚,9,）相连，可组成,跟随器。,引脚,2,：,同相输入，误差放大器同相输入端。在闭环系统和开环系统中，,该端接给定信号。,引脚,3,：振荡器输出，内部振荡器输出。,引脚,4,：限电流（,+,）输入,CLSENSE,，采取电流传感器引入，进行限电流,保护。,引脚,5,：限电流（,-,）输入,CLSENSE,，采取电流传感器引入，进行限电流,保护。,引脚,6,：振荡器外接电阻。,引脚,7,：振荡器外接定时电容。振荡器频率由外接电阻和电容决定。,引脚,8,：地,GND,。,引脚,9,：赔偿、外接,RC,网络，,PWM,比较器赔偿信号输入端。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第18页,引脚,10,：,通,/,断控制：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器,输出被禁止。低电平时，输出为高阻状态。,引脚,11,：内部激励发射极输出。,引脚,12,：内部激励集电极输出。,引脚,13,：内部激励集电极输出,B,。,引脚,14,：内部激励发射极输出,EMITTER B,。,引脚,15,：电源电压,VIN,。,引脚,16,：基准电源电压,VRF,，,+5V,，既可用于内部电路，又可用于外,部电路。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第19页,图,4-6 SG3524,型,PWM,控制芯片内部原理图,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第20页,4,、加热器,PWM,控制原理,(1),参见图,4-5,。运算放大器,N1A,输出端，经,R25,、,R24,同,R26,分,压,SG3524,脚,16,提供基准电源,+5V,，而后接至,PWM,控制芯片,SG3524,脚,2,（误差放大器同相输入端）。脚,1,（误差放大器反向输入端,）和,脚,9,（赔偿、外接,RC,网络端）进行短接，使得内部误差放大器变成,射跟随器形式。,脚,2,实际上就是自动控制给定输入端，在此，我们仅对,PWM,控制芯片采取模拟式开环控制方式，不过就加热器温度大反馈控制,而言，,PWM,控制芯片作为控制电器，不过是整个温度,闭环控制系统一,个执行步骤,。,(2),振荡器,脚,7,须外接电容，,脚,6,须外接电阻。振荡器频率由外接电阻和电,容决定。本设计开关频率设定为,0.5Hz,，可取,C=20F,，,R=130k,。振荡器,输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门；,另一路以锯齿波形式送至,PWM,比较器同相端，比较器反向端接误差放,大器输出。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第21页,(3),误差放大器输出与锯齿波电压在,PWM,比较器中进行比较，从而在,PWM,比,较器输出端出现一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度方波脉冲，此方波脉冲经过,RS,双稳态触发器,A,送到两个或非门输入端。每个或非门另两个输入端分别为振荡器输出方波电压和另一个触发器,B,Q,端（两个或非门分别接,Q,正端和反端）。触发器,B,两个输出端互补，交替输出高低电平，其作用是将,PWM,脉冲交替送至两个三极管,V1,及,V2,基极，使得推挽输出对管交替输出脉冲宽度调制波，二者相位相差,180,。当输出对管并联应用时，其输出脉冲占空比为,0,90,；,当输出对管分开使用时，输出脉冲占空比为,0,45,。,(4),本设计不用电流反馈，将,脚,4,限电流（）输入,和,脚,5,限电流（）输入,接地。通,/,断控制（脚,10,）悬空。,(5),用中功率管,V20,（,8050,型）开关工作方式控制加热电阻,R,30,（,100,，,10W,）通断。易算得流过加热电阻,R,30,最大电流为,I,max=180mA,。不妨设功率管,V20,放大倍数,=60,，则,PWM,控制芯片双输出晶体管（也处于开关工作方式）外接集电极电阻,R,28,最大电流大约为,6mA,，而每个晶体管集电极电流为,3 mA,。易算得,R,28,大约,2k,，就取,R,28=2k,。,(6),本系统不存在控制死区问题。当控制信号输入端,AIU0,从,0,1,改变时，,PWM,控制芯片给定输入端（,脚,2,）信号就马上改变，使得推挽输出管通断情况产生改变，进而使得加热电阻发烧情况产生改变。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第22页,(7),如此，当加热器实际温度低于设定温度时，经过,IPC,依据某一,自动控制算法运算后，,IPC,送出,AO,信号上升，运算放大器,N1A,输,出信号随之上升，,PWM,控制芯片给定输入端信号也随之上升，输出,脉冲宽度随之增大，使得加热功率管导通时间延长，加热功,率增大，实际温度上升，如此等等。,5,、测温传感器,AD590,介绍,AD590,是美国模拟器件企业生产单片集成两端感温电流源。它,主要特征以下：,(1),电流,在数值上等于器件所处环境热力学温度（开尔,文）度数，单位为,A,；,Tk,热力学温度，单位为,K,。,(2)AD590,测温范围,为,-55,+150,。,(3)AD590,电源电压,范围为,4V,30V,。,AD590,能够承受,44V,正向电,压和,20V,反向电压，因而器件反接也不会被损坏。,(4),精度高,：,AD590,共有,I,、,J,、,K,、,L,、,M,五档，其中,M,档精度最高，,在,-55,+150,范围内，非线性误差为,0.3,。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第23页,6,、加热器测温电路,(1),因为所选取,AD590,为,电流型器件,，所用电源电压为,12V,，故考虑用,AD590,与一个电阻,R,31,=10 k,相串联，另一端接地（如图,4-5,所表示,),温度为,0,时，可算得,U,B,=2.73V,；温度为,100,时，,U,B,=3.73V,。,(2),设置零点调整电阻目标,是当温度为,0,时，使得测温电路输出，亦即运算放大器,N1B,输出为,0V,。,(3),反馈电阻与反相输入电阻计算。,(4),设置扰动开关,S,、电阻,R32,和电位器,RP1,目标,是模拟环境温度突然降低对加热器温度影响。,(5),测温第,2,级放大器,N2A,采取,全反馈跟随器,形式，其同相输入端电压改变范围应在,0,5V,之间，,R36=1k,，,RP3=4.7k,，,R37=3k,。,(6),电压表,PV2,为,槽形电压表,，刻度在,0,100,之间，对应,0,100,。稳压二极管,VZ2,用于保护表头,(7),工业标准信号,0,5V,到,0,20mA,转换电路如图,4-5,所 示。显见运算放大器,N2B,与晶体管,V21,电路组成,负反馈,电路，,R43,为反馈电阻。我们设计目标是当,UF=0,5V,时，晶体管,V21,集电极电流随之,0,20mA,改变，从而发射极亦然。,(8),在,R40,R43,取值已知情况下，晶体管,V21,集电极电阻,R,44,=300,。,(9),因为晶体管,V21,发射极输出作为,0,20mA,信号输出端，而接收电路可能要使之变成电压信号，故,V21,发射极最大电压为,5V,，所以设置稳压二极管,VZ3,（稳压值为,5.6V,），此管普通情况下并不处于反向导通状态，除非产生保护动作时，才反向导通。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第24页,(5),测温第,2,级放大器,N2A,采取,全反馈跟随器,形式，其同相输入端电压,改变范围应在,0,5V,之间，,R36=1k,，,RP3=4.7k,，,R37=3k,。,(6),电压表,PV2,为,槽形电压表,，刻度在,0,100,之间，对应,0,100,。稳压,二极管,VZ2,用于保护表头。,(7),工业标准信号,0,5V,到,0,20mA,转换电路如图,4-5,所表示。显见运算放大,器,N2B,与晶体管,V21,电路组成,负反馈,电路，,R43,为反馈电阻。我们设计,目标是当,UF=0,5V,时，晶体管,V21,集电极电流随之,0,20mA,改变，从而,发射极亦然。,(8),在,R40,R43,取值已知情况下，晶体管,V21,集电极电阻,R,44,=300,。,(9),因为晶体管,V21,发射极输出作为,0,20mA,信号输出端，而接收电路可,能要使之变成电压信号，故,V21,发射极最大电压为,5V,，所以设置稳压二,极管,VZ3,（稳压值为,5.6V,），此管普通情况下并不处于反向导通状态，,除非产生保护动作时，才反向导通。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第25页,1,、机械结构设计,所设计,IPC,试验装置为柜式，其外形及结构和各模块布置如图,4-1,所表示。对此，前面已经作了介绍。机械设计包含机械零件图设计、机,械装配图设计、外购件和金属及非金属材料清单汇总等。这些工作一,般由机械技术人员负担，电气自动化技术人员亲密配合。,2,、各模块电气元件布置图设计,各模块电气元件布置图是指各模块箱体内电气元件布置，方便电气,元件安装。必须依据元件产品样本或实物，了解元件安装形式与,尺寸，进行设计。,4.3.6,系统电气电子工艺设计,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第26页,3,、各模块面板设计与制造,试验装置上各模块面板有各元件接线端子插座、电位器、开关、按钮、电,表、指示灯、发光二极管和数码管等，还要写上电气元件图形符号及文字符号,和其它文字。比如，加热器模块面板,PCB,制板图如,图,4-7,所表示（略）。,面板加工图采取,Protel,软件,PCB,文件格式设计（工程上还广泛采取,PowerPCB,、,Cadence,和,Allegro,等软件），随即将,PCB,文件格式面板加工图送往专业厂进行,光绘，将铝合金板材进行喷砂、氧化处理，再涂上一层感光材料，而后感光印,刷、裁剪和打孔。,4,、加热器,PCB,图设计与制造,印刷线路制板图普通惯用,Protel,软件,PCB,文件格式设计，常称,为,PCB,制板。用户只需在计算机上完成,PCB,文件设计，然后发往,线路板制造厂。比如，加热器模块,PCB,图如图,4-8,所表示。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第27页,图,4-8,加热器模块,PCB,制板图,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第28页,4.4,系统软件设计,4.4.1,软件设计流程,程序设计是一个高度复杂创造性劳动，必须遵照科学软,件设计流程，才能使程序设计有条不紊地进行下去。,自动化工程,控制软件设计流程,普通为：,(1),控制规律与控制算法设计。,(2),基于某一控制算法和某一编程语言进行人机界面设计与控制程序设计。,对规模较大系统，要事先编制程序设计框图。,(3),自动化工程控制软件并非是单一性软件，它同硬件、实际电气控制设,备及被控对象紧密相关，所以要进行软硬件综合调试。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第29页,4.4.2,控制规律与控制算法设计,1,、系统动态数学模型计算、估算与测试,熟悉被控对象是进行自动控制系统设计首先要做事情，而系统建模，即,系统动态数学模型建立，是实施各种控制策略与控制算法主要依据。,系统建模分计算、估算与测试几个步骤。测试画面如,图,4-9,所表示。,(1),系统动态数学模型计算和估算,本例只研究传热过程。,(2),系统动态数学模型“,飞升曲线法,”测试,在推导出系统传递函数之后，还要深入经过工程测试法取得其详细参,数，最惯用测试方法是“飞升曲线法”。测试环境：电网电压为,AC220V,环境温度为标准室温,25,。这是测定曲线、建立数学模型标准条件。环,境变了，要作为随机干扰信号处理。测试画面如,图,4-9,所表示，测试软件采取,汉字组态王编制。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第30页,图,4-9,在线飞升曲线法测定被控对象动态特征,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第31页,简述以下：,(1),在组态王工程浏览器,/,设备,/,板卡,/,研华,/PCL812PG,路径下安装,PCL-812PG,多功效卡。,(2),在组态王工程管理器中定义变量（在组态王中变量无斜体与下标）：模拟量输出,AO0,，,I/O,实数（要事先软件安装,PCL-812PG,多功效卡，并进行,I/O,变量连接，选取,AO0,通道）；输入调整,内存实数，因为组态王,Y-T,图显示特点，要将内存实数最大默认值,1109,改为,5,，才能调到,5V,时满幅显示；放大倍数,K0,，内存实数；稳态温度，内存实数；加热器温度采集,AI0,，,I/O,实数,加热器实测温度,y,，内存实数，类似地，要将内存实数最大值改为,100,，才能当温度为,100,时满幅显示；时间常数,T,，内存实数；纯滞后时间，内存实数；初始温度，内存实数；稳态温,度，内存实数；隐含与可见，内存离散。,(3),变量“输入调整”连接游标（可产生输入阶跃信号）、“加热器输入”文本框和实时趋势,Y-T,图,输入阶跃信号曲线；变量“加热器实测温度,y”,连接“加热器输出”文本框和实时趋势,Y-T,图加热,器实测温度曲线。,(4),组态王画面命令语言（循环扫描时间设置为,1000ms,）为：,加热器实测温度,y=,（加热器温度采集,AI0,）*,100/4095,模拟量输出,AO0=,输入调整*,4095/5,；,/*A/D,和,D/A,均为,12,位转换*,/,(5)“,初始温度”、“稳态温度”和“,K0”,为,3,个自制按钮，用工具箱中矩形图并放置文本而成，它们动画连接“,弹起时”命令语言分别为：,初始温度,=,加热器实测温度,y,；和稳态温度,=,加热器实测温度,y,；,和 放大倍数,K0=,（稳态温度,-,初始温度）,/,（模拟量输出,AO0/4095,）,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第32页,(6),图中“隐含,/,可见”按钮用于控制、和,可见与隐含，其,“按下时”和“弹起时”,命令语言分别为：,隐含,/,可见,=0,；和 隐含,/,可见,=1,；,观察图,4-9,，可见对象是一阶带纯滞后自平衡对象，而且纯滞后时间系统时间常数,3,因为测温传感器离加热电阻很近，故不再考虑。图,4-9,中参数、测量是在在线运行,时经过人工观察,Y-T,图测得并经过组态王软键盘（“”和“”为,2,个自制按钮，用工具箱,中矩形图并放置文本而成，它们动画连接均选取“模拟值输入”，运行时，若用,鼠标操作，可自动弹出小键盘，方便实时键入观察值，当然也可用普通硬键盘）键,入图形画面，这不可防止地会带来一些观察误差，但适合普通工程实际应用；,当然，也可考虑全自动测定，不过编程较烦琐。,2,、基于经典控制理论二阶最正确工程设计及离散化处理,3,、基于当代控制理论连续型庞特里雅金最小原理控制算法设计,(1),系统状态空间描述与控制性能指标,(2),基于连续型庞特里雅金最小原理控制算法,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第33页,4,、基于当代控制理论离散型动态规划原理控制算法设计,(1),对象动力学方程离散化处理,要应用当代控制理论之离散型动态规划原理进行控制，必须进行离散化处理,将连续型微分方程转换为离散型差分方程,(2),系统状态空间描述与控制性能指标,状态空间描述法用五个空间来完整地描述一个动力系统，所以系统空间是,一个五元组，对本系统，它是离散型状态空间。,(3),基于离散型动态规划原理最优控制计算法,动态规划理论创建于二十世纪五十年代早期。当初因为生产部门和空间科学,技术发展需要，提出了一系列寻求多级决议过程最优控制问题，动态规,划就是为了处理这类问题由美国数学家贝尔曼（,R.Ballman,）首先提出。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第34页,4.4.3,系统控制与人机界面设计,1,、基于经典二阶最正确工程设计技术控制与人机界面,（,1,）基于经典二阶最正确工程设计技术控制律与主要参数,（,2,）特殊控制要求,（,3,）人机界面设计,（,4,）,I/O,设备安装,（,5,）组态王变量设定,（,6,）控制软件设计,（,7,）动态数据交换,DDE,通信,2,、特殊控制要求,(1),控制系统“密码开启”。“密码开启”或“密码启停控制”是工业控制中惯用,安全操作方法，也是实现“一人一题”详细办法之一。,(2),只有当系统状态灯,HL0,、,HLR0,亮后，,IPC,上全部其它操作才能有效。,(3),只有当统状态灯,HL0,、,HLR0,亮后，将万能转换开关,SA,置于手动或自动，则对应硬,/,软灯,HL1/HLRSD,或,HL2/HLRZD,才能被点亮，也就是使得,IPC,上全部其它操作才能有效,详细实现伎俩。也可用屏幕上软按钮,SBRSD,、,SBRZD,进行转换。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第35页,(4),只有当手动或自动灯亮以后，按动加热开启硬,/,软按钮,SB2/SBRJR,，则加热硬,/,软灯,HL3/HLRNJR,被点亮，此时,IPC,才能真正地产生,AO,信号传输到加热器加热控制电路；反之,当按动加热停顿硬,/,软按钮,SB3/SBRTZ,，则加热硬,/,软灯,HL3/HLJR,熄灭，,AO,信号马上变为,0,，停顿加热。,(5),设置超温报警灯硬,/,软灯,HL4/HLRBJ,，当温度超出,90,时，,HL4/HLRBJ,马上被点亮，,且,HLRBJ,闪烁不停；而且还要用组态王“报警窗口”图形对象进行显示。,(6),进行温度恒值控制，用组态王游标进行温度设定，以方便修改与调整。另外设定,方法是：编程时直接数字设定，硬,/,软递增递,/,减按钮。,(7),系统放大倍数、时间常数编程时直接数字设定，而积分系数经过编程自动计算，用,游标显示（游标是一个双向元件，兼有控制,/,被控制功效）。,(8),设定温度、实际温度用实时趋势图（,Y-T,图）和文本数字显示方法显示，棒图和游,标也是惯用显示方法。,(9),依据控制算法与控制律实时计算所得加热器理论控制输入和实际控制输入（,0,+5V,，经过在编程时将理论控制输入进行约束得到）用数字显示。,(10),利用组态王动态数据交换,DDE,功效，进行组态王与,Windows,电子表格应用软件,Excel,双向数据通信，详细数据为一些主要现场控制数据，如设定温度（给定温度,和实际温度等，自己拟订。,(11),采取实时署名制度：做完试验，在组态王运行状态屏幕上进行实时署名，签上班,级名称和姓名，而后用屏幕拷贝形式将加热器温控情况实时复制到试验汇报,Word,文件,里。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第36页,(12),应有年月,/,日期显示。,3,、人机界面设计,经组态王工程浏览器,/,画面，分别建立名为“加热器二阶最正确设计”和“报警显,示与,DDE,通信”两个人机界面图形对象，前一个为主窗口，分别如图,4-9,和,4-10,所表示。,4,、,I/O,设备安装,(1),经组态王工程浏览器,/,设备,/,板卡安装名为“,PCL812PG,多功效卡”设备。,(2),经组态王工程浏览器,/,设备,/COM1/PLC,安装名为“亚控仿真,PLC”,设备，用,于将组态王中一些内存变量如“设定温度,TSD”,等先用基于“亚控仿真,PLC”,I/O,变量替换，而后发送到其它,Windows,应用程序，如,Excel,等。,(3),经组态王工程浏览器,/,设备,/DDE,安装名为“,DDE,通信,Excel”,设备，服务程,序名为“,Excel.exe”,，主题名为“,sheet1”,，数据交换方式为“标准,Windows,项,目交换”。“,DDE,通信”设备用于将其它,Windows,应用程序，如,Excel,等中数据,向组态王发送数据。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第37页,5,、组态王变量设定,在组态王工程浏览器,/,数据库,/,数据词典中定义变量：,(1),转换开关,SA,手动、转换开关,SA,自动、加热开启,SB2,、加热停顿,SB3:I/O,离散,连接设备,PCL812PG,多功效卡，存放器,DI0,DI3,，数据类型,bit,，读写属,性,只读。,(2),密码开启,SBR0,、密码开启,SBR1,、手动,SBRSD,、自动,SBRZD,、加热开启停顿,SBRQDTZ,（利用图库按钮，按一下为“,1”,即为开启加热，再按一下为“,0”,即为,停顿加热）,:,内存离散。,(3),密码开启步,0,码开启步,8,：内存离散。这些变量用于记忆密码开启软按钮,操作情况。,(4),密码开启中间步计数器,CZJB1,、密码开启中间步计数器,CZJB2,：内存整数。,这些变量用于记忆密码开启软按钮操作情况。,(5),手动加热调整,RPRYB,：内存实数。用软游标详细实现。,(6),系统状态,HL0,、手动,HL1,、自动,HL2,、加热,HL3,、报警,HL4:I/O,离散，,PCL812PG,多功效,卡，,DO0,DO4,，,bit,，只写。,(7),系统状态,HLRXT,、手动,HLRSD,、自动,HLRZD,、加热,HLRJR,、报警,HLRBJ:,内存离散。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第38页,(8),实际温度采集,TCJ:I/O,整数，,PCL812PG,多功效卡，,AI0.F1L5.G1,，,SHORT,，只读，选,取允许,DDE,访问。,(9),温度采集计数器,CWDCJ,：内存整数。,(10),设定温度,TSD,、实际温度,TSJ,、实际温度,TSJ1,实际温度,TSJ4:,内存实数。对变量“,实际温度,TSJ”,，在其变量定义窗口报警定义页面“报警限”区域选择：高，,90,（界,限值），高（报警文本）；高高，,95,（界限值），高高（报警文本）。,(11),实际控制输出,AO0:I/O,整数，,PCL812PG,多功效卡，,AO0,，,SHORT,，只写，选取允许,DDE,访问。,(12),放大倍数,k0,、时间常数,T,、积分系数,Ti,、采样时间,TCY,、采样定时器,TCYDSQ:,内存,实数。,(13),当前时刻理论控制输出,un,、前一时刻理论控制输出,un_1,、当前时刻偏差,en:,内存实,数。,(14)“,来自,Excel,命令数据”：,I/O,字符串，,DDE,通信,Excel,，项目名：,r2c1,，选取允许,DDE,访问。用于,Excel,向组态王发送数据。,(15),班级、姓名与学号,:,内存字符串。,注意：组态王变量定义时，变量内各字符不能取斜体和下标形式。,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第39页,2,、基于连续型庞特里雅金最小原理控制与人机界面,(1),基于庞特里雅金最小原理控制控制律,(2),特殊控制要求,(3),基于组态王人机界面和基于软,PLC,逻辑与算术运算,(4),控制原理简述和操作过程,3,、基于离散型动态规划原理控制与人机界面,(1),基于离散型动态规划原理控制算法详细实现方法,(2),基于离散型动态规划原理最优控制加热器控制软件,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第40页,4.4.4,控制系统软硬件综合调试,1,、硬件电路正确性测试,2,、先设计人机界面而后定义变量及编制程序,3,、增设辅助性软对象进行测试,4,、先手动后自动调试,5,、到达控温精度调试,(1),对象动态参数修正,(2),采样时间修正,基于工控机的微型加热器温度控制系统概述,第41页,