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浙江工业大学硕士学位论文 制冷压缩机加速寿命、启动耐久测试系统的研究 摘要 本文论述的y s q 系列制冷压缩t r l d 口速寿命、启动耐久性系统用于 测量规定工况下的小型制冷压缩机的加速使用寿命和频繁启动的耐 久性。 y s q 系列加速寿命、启动耐久测试技术及设备，由替代制冷系 统、计算机采集系统和p l c 组成。替代制冷系统为带高低压平衡阀 和可调压力膨胀阀的制冷系统。设备可在一定工况下长期连续运 行。 y s q 系列加速寿命、启动耐久测试系统完成的工作有硬件搭建 装置，脉宽随机调制p w r m 控制策略、数据库存储的策略设计，工控 机数据处理与分析系统的设计，s q ls e r v e r 数据库的设计与数据管 理，并给出了全系统在运行试验基地试验的报告。 y s q 系列加速寿命、启动耐久测试系统基于w i n d o w s 2 0 0 0 操作系 统，完成了实时多任务的可视化程序设计。p c 机数据处理与分析系 统基于s q ls e r v e r 数据库，能实现对数据库的可选择性录入、查 询。 经过近半年的试用，y s q 系列加速寿命、启动耐久测试系统的 主要技术指标达到国家标准的要求。本项目将在基础研究、实验论 证、试制、应用推广中不断完善。 关键词：压缩机，数据处理，测试系统，数据库，控制策略 浙江 ：= 业大学硕士学位论文 t h er e s e a r c ho ns t e p s t r e s sa c c e l e r a t e d l i f e a n ds t a r t i n gd u r a b i l i t y0 fr e f r l g e r a t l 0 n c 0 f p r e s s o r a b s t r a c t t h i s p a p e r i sw r i t t e nf o rt h es y s t e mn a m e dy s qu s e di n m e a s u r i n g s t e p s t r e s s a c c e l e r a t e dl i f ea n ds t a r t i n gd u r a b i l i t yo f m i n i r e f r i g e r a t i o n c o m p r e s s o r y s qs y s t e mb a s e d0 1 3 , s t e p s t r e s s a c c e l e r a t e dl i f ea n ds t a r t i n g i d u r a b i l i t y i sc o n s i s t e do fs u b s t i t u t e r e f r i g e r a t i o ns y s t e m ，c o m p u t e r a c q u i r i n gs y s t e ma n dp l c t h es y s t e mw i l l b er u n n i n gs u c c e s s i v e l y u n d e rc e r t a i ne n v i r o n m e n t o nw i n d o w s 2 0 0 0o p e r a t i n gs y s t e m ，t h ey s q s y s t e mh a sav i s u a l s o f t w a r ep r o g r a m m i n g t h ep cd a t ap r o c e s s i n ga n da n a l y z i n gs y s t e mc a ni n t e l l e c t u a l l ys t o r e d a t aa n di n q u i r ed a t a b a s eb a s e do ns q ls e r v e r w o r k i n gi nw i t ht h e y s qs y s t e m ，i ti m p r o v e st h ea d j u s t a b i l i t yb e c a u s eo f t h es e t t i n go ft h e t e s t i n gp a r a m e t e r s a n dt h ed a t av i s u a l i z a t i o no n l i n eb e c a u s eo ft h ef o l l o w a c tf u n c t i o n t h e p r o j e c t i s b r o u g h tu p f r o m p r a c t i c e a n di s s u p p o r t e db y g o v e r n m e n t a n de n t e r p r i s e t h e p r o j e c t i s p e r f e c t w i t hf u n d a m e n t a l r e s e a r c h ，e x p e r i m e n t ，m a n u f a c t u r i n g a n de t c t h em a i nt e c h n i c a li n d e x e sh a v ea c h i e v e dn a t i o n a ls t a n d a r d ，a f t e r a l m o s ts i xm o n t h s t r i a l k e yw o r d s ：c o m p r e s s o r , d a t ap r o c e s s i n g ，t e s ts y s t e m ，d a t a b a s e ，c o n t r o l 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位沦文是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论义 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江 工业大学或其它教育机构的学位证二岛而使用过的材料。划本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的 法律责任。 作者签名：易余阁华 曰期：垆歹年，月。目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密留。 ( 请在以上相应方框内打“”) 日期：2 ，一厂年，月他曰 日期：；绰f 月，三日 浙江工业大学顿士学位论文 1 1 课题的概述 第一章绪论 本文的主要内容是y s q 系列制冷压缩机加速寿命、启动耐久测试系统的研究 与实现，该系统的功能是对冰箱用小型制冷压缩机的寿命及启动耐久性进行测 试。同时，也可以用于测试润滑油及工质对小型制冷压缩机的寿命及启动耐久的 影响。 1 2 本文课题的背景 近年来，国内家用电冰箱市场的竞争日趋激烈，随着整个行业产品的技术性 能和质量水平日趋提高以及企业技术改造和技术进步的需要，应用现代化的计算 机测控手段和先进的管理技术，逐渐成为增强产品的竞争力的一项重要措施。作 为检测制冷压缩机寿命的试验台可为设计人员提供童接可靠的技术数据，无疑对 产品的性能检铡及新产品的开发起着重要的作用。因此，设计具有良好可靠性、 稳定性和精确度的寿命台具有重大的意义，同时结合国内实际情况，将多项性能 试验综合在一起，能够在较宽的范围内做不同的性能试验，是一神经济可行的方 寰。 y s q 系列制冷压缩机加速寿命、肩动耐久测试系统是制冷压缩机研究和生产 过程中的重要设备，它在测试压缩桃的制冷效果，鉴定压缩机性能中起关键作 用。随着计算机应用技术的快速发展，计算模拟成为进行制冷系统工作特性研究 越来越重要的一种手段。 1 3 课题的意义 加速寿命、启动耐久性是对制冷能力的可靠性、持续性要求做出监测。国家 标准对测试工作做出了严格的规定，因此压缩机寿命台的主要工作之一是完成在 浙江工业大学硕士学位论文 给定工况下的自动化加速寿命、启动耐久性测试。通过对此课题的研究，本人得 到了具体的工业领域中工业运用自动化设备的开发与研究的宝贵经验，对理论知 识有了新的理解。本文在前人研究的基础上，对制冷系统寿命台的设计提出了自 己的方法，特别是实现了工业控制计算机对寿命台数据的测试与分析。 具体做了以下几方面工作： 1 控制电气系统和与工业控制计算机为核心的数据采集分析系统。 2 动态大量数据的采集采用根据工位的运行情况，动态确定如何采集数据。 3 数据库的存储策略的确定及其在系统中的运用。 4 引入了脉宽随机调带, j p w r m ，并在系统中得到了运用。 5 实现了在w i n 2 0 0 0 平台下利用动态链接库( d l l ) 进行数据采集。 2 浙江工业大学硕士学位论文 第二章y s o 系列制冷压缩机加速寿命、启动耐久测试设备的 硬件实现 该系统有1 2 个试验工位，可切换完成加速寿命和启动耐久性试验，同时系统 可调节压缩机周围温度，以实现常温试验和高温试验，加热器表丽温度不超过 1 0 0 = c 。每个工位由独立的p l c 控制，整个系统由一台工业控制计算机完成功率、 电流、流量、运行时间和停开次数的采样，可根据工位的运行情况，动态的确定 数据采样和存储周期。同时完成接口显示和文件数据处理。图为加速寿命、启动 耐久性台的全貌。 图2 一l 制冷压缩机加速寿命、启动耐久试验台 3 浙江工业大学硕士学位论文 2 1 测试系统的构成原理 加速寿命和启动耐久测试系统依据 6 b t 9 0 9 8 1 9 9 6 ) ) 、 ( g b 5 7 7 3 8 6 建设 而成。测试系统由替代制冷系统和计算机采集系统二个子系统组成。 2 1 1 替代制冷系统 替代制冷系统由冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成，并带有高低压平衡阀和可调 节压力平衡阀。有加制冷济、抽真空、吸气和排气界面。不锈钢托盘，自动排去 冷凝水。底部设r 6 0 0 a 浓度检测传感器，分级报警保护，带声音提示，可由软件 和硬件并联控制其它的排巯风机。实现了工况的自动控制。其运行工况要求如 下： 图2 - 2 替代制冷系统正面图 浙江工业大学硕士学位论文 寿命试验： 表2 - 1 5 0 0 小时试验数据 电源电压电源频率冷凝温度排气压力蒸发温度吸气压力 环境温度 制冷剂 v h z绝压m p a 绝压m p a 2 2 05 09 0 32 7 6 01 51 0 30 2 2 o 0 52 0 士5r 1 2 2 2 05 09 0 31 6 4 0 1 01 0 3 0 1 l 0 0 12 0 5r 6 0 0 a 2 2 05 09 0 33 2 4 ( ) 2 0一1 0 30 2 0 00 32 0 5r 1 3 4 a 表2 - 21 0 0 0 小时试验数据 i 乜源电压 电源频率冷凝温度排气压力 蒸发温度吸气压力环境温度制冷荆 v h z绝压m p a绝压m p a 2 2 05 07 0 31 8 7 0 1 5一1 0 30 2 2 ：b 0 0 52 0 5r 1 2 2 2 05 07 0 31 0 9 0 1 0一1 0 30 1 l 00 12 0 5r 6 0 0 a 2 2 05 07 0 32 1 8 0 ，2 0一1 0 3 0 2 0 0 0 32 0 5r 1 3 4 a 启动耐久性试验( 2 0 万次) 表2 - 3 启动耐久性试验数据 电源电压电源频率冷凝温度排气压力蒸发温度吸气压力环境温度伟i 冷剂 v h z 绝压1 4 p a 绝雁m p a 2 2 05 0 5 0 0 51 3 4 0 0 52 0 0 50 ，2 2 0 0 12 0 5 r 1 2 2 2 05 05 0 05o6 8 o 0 2 - 2 0 0 50 0 7 0 o i2 0 5r 6 0 0 a 2 2 05 05 0 o 51 3 2 0 0 22 0 0 5o 1 3 0 0 l2 0 5r 1 3 4 a 替代制冷系统物理组成图 图2 3 替代制冷系统原理图 浙江工业大学硕士学位论文 2 2 计算机采集与控制系统 控制电气系统和以工业控制计算机为核心的采集系统为传统的计算机采集 系统。其设计原理图如下： 圈2 4 电气采集与控制原理豳 对于大量的数据，采用根据工位的运行状况，动态的确定数据采样和存储周 期。同时运用内存缓冲解决传统的磁盘数据库的操作受到i o 的时闻上的限制。 由西门子l o g o ! p l c 集中完成寿命和停开试验的控制和显示，可靠性和使用寿命得 到了有力保证，并可自由编程，任意调节停开时间、次数和运行时间。分工位独 立电气保护，各工位独立运行，互不干扰。寿命试验自带启动器，无需冷却 p t c 。工业控制计算机完成温度、功率、电流、运行时间、停开次数、压力采 集，同时完成数据处理、分析和图表、文件管理等。溢度传感器采用p t t 0 0 ，精度 0 1 ，专门封装，适用壳体温度测量。 6 曰困 浙江工业大学硕士学位论文 图2 5 电气控制实物图 2 3 可编程逻辑控制器p l c 2 3 1 可编程控制器的特点 可编程控制器( p l c ) 2 是一种在继电器基础上发展起来的数字运算操作的电 子系统，专为在工业环境下应用丽设计：它采用一类可编程的内存，用于其内部 存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令 并通过数字式或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制 器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能 的原则设计。 可编程控制器特点如下： 可靠性高： 编程方便，易于使用 控制能力极强； 甥江工业大学硕士学位论文 扩展及与外部联接极为方便。 一体化的可编程控锘i 器在硬件结构上通常分为三大部分：c p u 板、i o 板和电 源，此外还有系统软件和外围接口。 ( i ) 硬件 c p u 板有一台基本计算机必需的部件：中央处理器c p u 、内存r a m 、e p r o m 、 并行接口p t o 、串行接口s i o 、时钟c t c 。其作用是对整个可编程控制器的工作进 行控制。它的工作可分为两部分：一部分是对系统进行管理，如自诊断、查错、 信息传送、时钟l i t j 新等：另一部分是根据用户程序执行输入输出操作、程序解 释操作等。 c p u 板中的内存主要用于存储系统软件及用户环境。其容量的大小，应与司 编程控制器所控系统的规模相适应。串行接口和并行接口是c p u 与外围设备信息 的信道，可为用户提供极大的方便。 c p u 板上的定时器、计数器是用作产生系统时钟及用户时钟的基信号的。 r a m 和e p r o m 两种。r a m 的耗电极微，在可编程控制器中通常用锂电池或超级 电容作后备，保证在失电时保存程序和必要的参数。 输入接口电路 输入输出信号分为开关量、模拟量。 可编程控制器的一个重要特点就是所有输入输出信号与内部电路之间都隔 离。输入输出方式会有变化，但必须经过光电耦合或继电器将信号传入传出。 输出接口电路 输出通常有三种形式：第一种是继电器输出型，c p u 驱动继电器线圈，令触 点闭合，厮外部电源通过闭合的触点驱动外部负载：第二种是晶体管输出型， c p u 通过光耦使晶体管通断，以控制外部直流负载：第三种是可控硅输出型，c p u 通过光耦使三端双向可控硅通断，以控制外部交流负载。 电源 小型一体化可编程控制器内部有一个开关式稳压电源。这电源一方面是为 c p u 板、1 0 及扩展单元提供工作电源( 5 v d c ) ；另一方面也为外部输入组件提供 2 4 v d c 电源。电源容量取决予c p u 型号。 扩展界面 8 浙江工业大学预士学位论文 扩展接口用于连接扩展i 0 单元，它使可编程控制器的点数规模配蠢更灵活。 - n i 子l o g o ! p l c 的扩展接口是总线形式的，可以配接开关量l o 单元，也可配接模 拟量单元。 通信接口 用于连接编程器、人机接口设备或其它p l c 。通过通信方式，实现编程、监 控、联网等功能。 内存接e l 为了程序及重要参数的安全性，般小型可编程控制嚣设有外接e p r o m 卡盒 接l - 1 。通过该接口可以将卡盒的内容写入p l c 内，也可将p l c n 的程序及重要参数 传到外部e p r o m 卡盒作备份。 编程器 可编程控制器在正式运行时，不需要编程器。编程器用作用户程序编制、存 储、管理，并把用户程序送入可编程控制器中。在可编程控制器调试时，编程器 还可用作监控及故障检测。 2 3 2p l c 在运行状态下的参数设置 a 和gt 位的参数设置： l 、如果p l c 显示的是耐久试验时间或停开试验次数，则首先用v 键切换到以下 显示之一： 2 、按e s c 键进入参数设景状态，显示菜单如下 m ： o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 0 1 2 3 4 3 、用八，v 键选择s e tp a r a m ，并按o k 键进入第一个参数( b 3 ) ，继续按o k 键 9 浙江工业大学硕士学位论文 进行设置，如下图 b 3 ：设置压缩机停开时闻 t h ：艇缩机停时间 t l ：压缩机开时间 t a ：p l c 内部计数时间( 不需要设置) 数值设置方法： 用 键将光标移动到参数f r h 的数字和单位下面，再用 ，v 键选择数 字或单位来设置需要的参数值： 用 键将光标移动到参数t l 的数字下面设置参数t l 值； b 3 的参数全部设黄完毕，按o k 键确认。 注意：在按o k 键确认以前，若按e s c 键退出参数设置，则设鬻的参数值末被保 存1 4 、用八键选择到第二个参数( b 6 ) ，并按o k 键进行设置，如下图 b 6 ：设鼹屯磁阀延时关闭定时时闻 t ：电磁阀延时关闭定时时间 t a ：p l c 内部计数时间( 不需要设箭) 参数设置方法：同上。 注意：设置的t 值必须小于b 3 中的，f h 值 5 、用 键选择到第三个参数( b 7 ) ，并按o k 键进行设置，如下图 不需要设夏该参数 6 、用八键选择到第四个参数( 8 9 ) ，并按0 k 键进行设置，如下图 参数值必须与b 6 设置的一样 1 0 浙江工业大学硕士学位论文 参数设最方法：同上。 7 、用 键选择到第五个参数( b i o ) ，并按o k 键进行设置，如下图 不需要设置该参数 8 、用八键选择到第六个参数( b 1 5 ) ，并按o k 键进行设置，如下图 参数设最方法：同上。 b 1 5 ：设置停开试验次数 o n ：停开试验次数 o f f ：不需要设置 c n t ：计数器已经计数次数( 不需要设嬖) 9 、用八键选择到第七个参数( b 1 6 ) ，并按o k 键进行设置，如下图 参数设置方法：同上。 b 1 6 ：设置复位时间( 长按关闭按钮韵时问，用来给计数器和定时器复 位) t ：复位时闻 1 a ：p l c 内部计数时间( 不搿要设霹) 1 0 、用八键选择到第八个参数( b 1 7 ) ，并按o k 键进行设置，如下图 参数设置方法：同上。 b 7 ：敬置耐久试验时间 m i ：耐久试验时闻 洲：剩余时间( 不需要设置) o t ：已经运行时间( 不需要设置) 浙江工业大学硕士学位论文 1 1 、所有的参数设置完毕，按e s c 键退出参数的设置，返回到参数设置状态菜 单，如下图： 1 2 、如果要停止程序的运行，可选择s t o p 停止程序运行，否则按e s c 继续。 b - f 和h l 工位的参数设置： 1 、如工位a 和g 的设置，首先切换到参数设置状态，如下图 2 、用 ，v 键选择s e tp a r a m ，并按0 k 键进入第一个参数( b 5 ) ，继续按o k 键 进行设置，如下图： b 5 ：设置耐久试验时间 m i ：耐久试验时间 m n ：剩余时间( 不需要设置) 0 t ：已经运行时问( 不需要设置) 参数设置方法： 用 键将光标移动到参数m i 的数字下面，再用八，v 键选择数字来设 置需要的参数值； 设鼍完毕，按0 k 键确认。 3 、用八键选择到第二个参数( b 6 ) ，并按o k 键进行设置，如下图 b 6 ：设置复位时间( 长按关闭按镪的时闰，用米给定时器复位) t ：复位时问 t a ；p l c 内部计数时阐( 不需要设置) 参数设置方法： 用 键将光标移动到参数t 的数字或单位下面，再用 ，v 键选掸数字 浙江工e 丈学硕士学位论文 或单位来设置需要的参数值； 设置完毕，按0 k 键确认。 4 、所有的参数设鼹完毕，按e s c 键退出参数的设置，返回到参数设鼹状态菜 单，如下图： 5 、如果要停止程序的运行，可选择s t o p 停止程序运行，否则按e s c 键继续。 2 4 测试系统特性 工位数薰：1 2 个。其中寿命1 0 个工位，停开+ 寿命2 个工位， 其中高温工位6 个。 测试项目：加速寿命、启动耐久、功率、电流、电压、壳体温度、 压缩机环境温度。 测试精度：温度准确度o 2 c ，温度显示精度0 ，1 ； 压力准确度0 。4 ； 电参数测量精度为o 5 。 使用 ：质：r 1 2 、r 6 0 0 a 、r i 3 4 a 等制冷剂。 装簧构成：一体化设计，控制柜上设置状态指示灯及应惫按钮。 被测压机：单相全封闭性，额定电压：2 2 0 v 5 0 t t z 工况范围：加速寿命、启动耐久性试验方法与条件按照g b t 9 0 9 8 1 9 9 6 标准呻 6 1 3 条的规定进行。 环境温度：本系统应使用在2 2 5 。c 的环境中。 浙江工业大学硬 ：学位论文 第三章测试系统工况控制的研究 3 1 蒸发压力p 1 、冷凝压力p 2 分析 冷凝压力取决于压缩机对冷凝器输入的工质流量与从冷凝器向外输出的工质 流量之阃的平衡关系 3 。在系统制玲剂注入量一定时，改变冷凝量和系统的工质 质量循环量即可改变这种平衡关系。在实际系统中，通过改变冷凝介质的温度来 改变冷凝量，调节膨胀开度来改变工质质量循环量。 冷凝器中的制玲工质可分为三个状态。但实践表明，过热蒸汽一达到冷凝管 表面即开始凝结，其温度就处于冷凝温度，过热区范围是非常之小的；况鼠尽管 在过热区中放热系数较小，但管壁和工质的温差较大，其单位面积的传热量跟饱 区l 乎一样。因此过冷嚣进行分析时不需要分三个区域，丽把全过程作为饱和区 对待即可。 蒸发压力p l 的大小取决于通过膨胀阀的工质质量流量的多少，因此j ，l 和工 质质量流量真接相关。可以看出，冷凝压力p 2 的娈化也会引起丁质质量流量变 化，所以p l 和p 2 也有关系。 图3 - 1 替代制冷系藐琢理髑 由文献1 得到如下的制冷系统数学模型，经按理其函数如下 仃：兰盟：2 - 3 。z 两。石i ( 3r 1 ) 浙江工业大学硕士学位论文 瓯= 器= 存 g：型塑：堑垫!13 工( 睨) b 5 s 3 + b 6 s 2 + b 7 s + b 8 g 一：丛盟：l “l ( m 。) b i t s + 1 = 器= 缶 卫，一一冷凝介质 矽一冷凝器加热功率 k 一一一c o n s t c d 一一流量系数 a 。膨胀阀的流通面积 以下本系统的各变量之间的关系方块图： 图3 - 2 系统方框图 由于文献1 可知其系统方框图可简化为 锄 的 訇 哪 0 浙江工业大学硕士学位论文 圈3 3 简化了的系统方框图 图3 一l 中p l 为蒸发压力，p 2 为冷凝压力，p 1 、p 2 压力的调节是通过调节膨 胀阀的开度、玲凝器的冷却量来实现的。为了能够对压缩机进行控制，在p 1 、p 2 可以安装压力传感器。 下面分别就对p l 、p 2 的控制有影响的部分进行讨论。 对蒸发压力p 1 有影响的因数包含2 类： 1 冷凝压力p 2 的上升或者下降会带来蒸发压力p 1 的上升或下降。它们是 同方向的。实践证明这个因数是有定影响的。在控制中必需考虑葵影 响。 2 控制调节膨胀阀开度来调节蒸发压力p l 。这是影响蒸发压力p 1 的主要 的因数。同样膨胀阀开度增大或变小会带来蒸发压力p l 的增大或变 小。这个因数对蒸发压力p 1 的变化是主要的。 对冷凝压力p 2 有影响的因数包含2 类： 1 蒸发压力p l 的上升或者下降会带来冷凝压力p 2 的上升或下降。它们是 同方向的。实践证明这个因数是有一定的影响的。在控制中应加于考 虑。 2 控制调节冷凝器内的介质温度来调节冷凝压力p 2 ，这是影响冷凝压力 p 2 的主要的因数。也就是说冷凝器湿度的增大或变小会带来冷凝压力 p 2 的增大或变小。 浙江工业大学硕士学位论文 3 2 测控系统的物理条件和控制目标 3 2 1 测控系统的物理条件 测控系统指的是整个闭环控制回路( 图3 4 ) 。该系统的物理条件包括变送 器阵，工控计算机和执行机构阵。 i 变送器阵i i a d 替 y ( t )y ( k )f r。1 j 代 i 计 带i j! 算 冷f 机 系 l i j 二i统 c ( k ) - t 、，j 执行机构阵 j ii o 一- 3 2 2 测控系统的控制目标 圈3 4 替代制冷系统测控系统 一【j 宅秽l 选择恰当的控制方法，使被测系统在最大控制功率约束情况下，通过调节膨 胀阀开度和冷凝器介质温度来达到对p l 蒸发压力，p 2 冷凝压力的控制。对p l 、p 2 之间的耦合应用解耦的方法来解决。前文已指出压力控制精度在o 4 。 3 3 控制策略的选择 1 、采样周期的选择 对于这样一个实时的控制系统，系统的实时数据必须同步的采集到计算机 中，以便系统通过数据的不同变化而做出不同的控制决策。那么这其中关系到采 浙江工业大学硕士学位论文 集速度快慢的采样周期t 的选择就显得更加重要，他对系统的控制品质的影响是 显著的。有理论及实践可知，采样周期越短跟实际系统的误差就越小。但是由于 计算机的计算误差的存在，采样周期t 小到一定值时，不断增加了计算机的工作 量，更重要的是使的系统反而由于舍入误差的存在而变的不稳定。由此，系统的 采样周期t 存在一个最佳的值，根据经验系统的采样周期应该是系统中变化速度 最快的环节反应出状态变化能被计算机采集到的时间。在本系统中，变化最快的 环节是流量肌的变化。根据经验系统的采样周期可取1 - 2 秒。 2 、本系统用于高精度的控制存在的问题存： ( 1 ) 由于本系统是一滞后系统，各参数的变化速度慢。而要实现商精度的 控制必须让系统在某一点实现平衡，只有实现了平衡才能让系统稳 定。这样就构成了一下这对矛盾：一方面系统本身只能在某一点的范 围内波动，丽这一点在系统的调节下一般是在改定控制点附近变动： 另一方面，控制系统的是通过开关量u ( k ) 束实现的，也就是它必然存 在一个判断点，当系统设定超过此点时为“开”，不到此点时为 “关”。这样系统就会处于波动状态。采样周期比较长，那么在一个 周期中，开关爨1 j ( k ) 就会存在调节过分的问题。因为对于冷凝器来蜕 “开”就意味着加热，“关”就意味着制冷。 ( 2 ) 冷凝压力与蒸发压力之间的耦合必须通过解耦来解决。 解决这这里的第一个问题，引入脉宽随机调制p w r m ( p u l s ew id t hr a n d o l a r o d u l a t i o n ) 是一种较好的解决方法。p w r m 根据输出反馈，调节脉冲方波在一个 周期内的随机脉冲数，使其达到控制的要求。p w r m 的主要作用如下： 使得开关能够稳定地产生热量，就像调压器的调节压力的功能，馒控制系统 能稳定地产生加热量( 开的次数关的次数) ，像调压器稳定在某电压值上一样。 为了稳定地产生加热量，“开”、“关”必须均匀分布。 如果采样周期较长，可以在个采样周期内进行多次控制，将上面的方法 应用于一个采样周期内。 这样就使得整个系统的控制性、调节性得到了加强：同时，可靠性得到提 高，并且成本也得到降低。 1 8 浙江工业大学硕士学位论文 其原理如下： 一般的闭环控制系统能够对反馈的数据进行比较而产生开关的控制信息，而 加入了脉宽随机调制的控制系统能够将控制周期的控制信号进行占空比的随机调 制，这样就很好的解决了过分调节的问题。其比较图如下： 图3 5 无脉宽随机调$ 1 p w i 瑚 o p f n ：3 0 c l o s e ：7 0 霄1 而旷 图3 6 加入脉宽随机溺制p w 蹦 下顽介绍p w r m 的实现原理。设系统的采样周期为耳，z _ 。表示周期t ，内继电 器导通的时间，个采样周期中包含多个控制周期乙。则其占空比z 为( z 为 介于0 到1 之间的一一个数) ： r z = ( 3 - 7 ) 1 c 执行机构的控制判据为( u = r a n d o m z ) ： i fu ot h e n继电器o p e ne l 。8 e 继电器c l o s e( 3 - 8 ) 随机函数( r a n d o m ) 是由计算机提供的一个函数，随机产生0 到l 之间矗勺数， 这在脉宽随机调制p w r m 中起着至关重要的作用。正是由于使用了随机函数，才 实现了根据占空比z 的大小来在采样周期中随机分配控制脉冲，从而打破了系统 控制中长“开”长“闭”，但是“开”、“关”的比率没有变。 设n u m 是随机函数产生的一个数，根据概率论的理论 p ( n u m k ) = k ( o k 1 )( 3 - 9 ) 1 9 一一塑坚三些奎兰塑主堂焦堡苎 设：z 2 0 ，z = k ，z = 1 时，根据执行机构的控制判据( 3 8 ) 式，条件概率p 等于如下值 p ( v o ) = o 尸( u o ) = k p ( u 0 、= 1 继电器在采样周期品截至 ( 3 9 ) 继电器导通时间为采样周期瓦的( 蛤1 0 0 ) ( 3 1 0 ) 继电器在采样周期导通( 3 - i 1 ) 3 、从上面的分析可知p 1 、p 2 之间存在较大的耦合关系，这在控制时是必需注意 的。也就是说，必须把p 1 、p 2 之间存在的较强藕合进行解耦处理。在这里，我们 把p 1 的变化作为p 2 回路的一项干扰，利用前馈反馈控制法对本系统进行解耦处 理。其传递函数陶如下： 图3 7 前馈一反馈控制解耦 在此图中最关键的就是要确定g d ( s ) 。 由传递函数可得： g d ( s ) g 3 ( s ) g 3 3 0 ) + g 3 2 ( j ) = 0( 3 - 1 2 ) 所以： g d ( s ) ：一j 丛粤( 3 _ 1 3 )7 g 3 ( s ) g 3 3 ( 5 ) 由文献可得： g a ( j ) ：一婴黜 ( 3 _ 1 4 ) 7 6 4 2 + 1 0 “f 1 0 s + 1 1 这样就可以将g d ( s ) 用惯性环节和比例环节并联而得，从而解决了p 1 、p 2 之 间的解耦问题。 浙江工业大学硕士学位论文 4 、脉宽随机调制p w r m 在冷凝器控制中的应用 控制变量w c 是通过中间变量p 2 m 对被控变量p 2 起作用的，而且中间变量对控 制变量反应敏感、惯性小，对被控变量有纯滞后、惯性大，因此采用下图所示的 主一副级串级控制。主调节器的输出信号作为副调节器的给定值，这样副调节 器的工作是随动调节而主调节器的工作是定值调节。由于副回路的工作频率高于 主网路的工作频率，使得进人副回路的各种干扰在未影响主回路之前就被克服， 大大提高了被控变量的控制精度。 趴? r 、i 五习一h i ，。j 、i u 。一一一j1 ：i 7 7 l 一一_ _ i j l l 一一 i ， i ，。，7 。 图3 8p w r m 在冷凝器控制中的应用 罅i 秘豫7 弧一4 ，m 址 图3 9 直接开关量控制的阶跃响应 t 垤“疆孔l 嚣苎，帆橱强l t * l 埘 托峨e g 图3 1 0p w r m 策略下的阶跃响应曲线 2 ( s ) 滞 。 | | | ， “j 、| ， m “ ，、|，l一 “ 一 一 曲 啦 一 一 | | 一 一 一 一 ， 一 一 一 浙江工业大学硕士学位论文 第四章数据处理与分析系统的设计 y s o 系列制冷压缩机加速寿命、启动耐久测试设备装置对各项参数进行了实 时的记录与显示，b 录的一个最重要的目的就是要事后处理与分析数据，这项任 务就在p c 机数据处理与分析系统上完成。在w i n d o w s9 x t 支持直接对硬件t o 地 址进行访问。但本系统使用的新一代的操作系统w i n d o w s2 0 0 0 x p 不支持崖接对 硬件i o 地址进行访问。 4 1 数据的采集软件设计 w i n d o w s2 0 0 0 x p 以其良好的图形用户接口，灵活简单的操作赢得了越来越 广泛的应用。在工业控制系统的开发中，越来越多的用户也要求控制系统提供 w i n d o w s 风格的友好接口。d e l p h i 是一秘高效、灵活的开发工具，但是在w i n d o w s 2 0 0 0 x p f 不支持直接对硬件i 0 地址进行访问，可以利用的d e i ，p h i 编写可以直接 访问i 0 接口地址的程序，创建动态链接库，在利用d e l p h i 进行调用来实现对i o 进行访阀与控制。 4 1 1 动态连接库 所谓动态链接库d l l ( d y n a m i cl i n kl i b r a r y ) 1 1 7 1 9j 就是程序运行时由浚 程序动态链接调用的函数库，是一些函数、数据和类集合的可执行模块，程序员 可以将动态链接库动态地集成到自己的程序中以使用库中的函数、数据和类。动 态链接库是从c 语言函数库和p a s c a l 库单元的概念发展丽来的。所有的c 语言标准 库函数都存放在某一函数库中，同时用户也可以用程序创建自己的函数库。在链 接应用程序的过程中，链接器从库文件中拷贝程序调用的函数代码，并把这些函 数代码添加到可执行档中。这种方法同只把函数储存在已编译的q b j 文件哞i 相比 更有利于代码的重用。但随着w i n d o w s 这样的多任务环境的出现函数库的方法 显得过于累赘。如果为了完成屏幕输出、消息处理、内存管理、对话框等操作， 每个程序都不得不拥有自己的函数，那么w i n d o w s 程序将变得非常庞大。w i n d o w s 浙江工业大学硕士学位论文 的发展要求允许同时运行的几个程序共享组函数的单一拷贝。动态链接库就是 在这种情况下出现的。动态链接库不用重复编译或链接，一旦装入内存，d l l 函 数可以被系统中的任何正在运行的应用程序软件所使用，而不必再将d l ! 涵数的 另一拷贝装入内存。这就是d l l 在w i n d o w s 中使用越来越频繁的原因。d l l 本身不 是独立的程序，它可以允许可执行程序来调用它的代码。对于常规的函数库，编 译器从中拷贝它需要的所有库函数，并把确切的函数地址传送给调用这些函数的 程序。这样在可执行档中就具有了所有的所需代码，而对于d l l ，函数储存在一个 独立的动态链接库楷中。在创建w i n d o w s 程序时，链接过程并不把d l l 文件链接到 程序上。直到程序运行并调用一个d l l 中的函数时，该程序才要求这个函数的地 址。此时w i n d o w s 7 j 在d l l 中寻找被调用函数，并把它的地址传送给调用程序。采 用这种方法，d l l 达到了复用代码的目的。并且它最大程度地减小了执行档的大 小，减小了程序对资源的占用( 主要是内存资源) 。动态链接库的另一个方便之处 是对动态链接库中函数的修改可以自动传播到所有调用它的程序中，而不必对程 序作任何改动或处理。即比如说，现在有了一个更好的在屏幕e 显示图形的函 数，要想在你的程序中使用这个新的函数，你只需要得到个新的包含这个函数 的同名d l l ，而不需要重新编写你的程序，就可以使用新的函数了。因此，d l l 。对 于主应用程序来说，具有很大的自由性，它所提供的“服务”( 或称为功能) 司以 出其代码的改变而改交而不受主应用程序的限制。这里，接受d l l 服务的主应 用程序可称为“客户机”( c l l e n t ) ，“继承代码”又可称为“服务器” ( s e r v e r ) 。两者关系可用下图表示。 2 3 浙江工业大学硕士学位论文 v i s u a lc + + 卜 、一 v i s u a lb a s i c 一ln d tn u t 一 u l l r “上 j 。， r 一。 |l im a s ml 7 7 ii il 图4 1d l l 工作原理图 4 1 2 动态链接库与静态链接库的区别及其优缺点 动态链接库和静态链接库都属于一一种用户模块( u s e rm o d e l ) 。所渭用户模块 是指由用户自己开发的、可以加入到最终用户应用程序中提供某特定功能的函 数和类的集合。创建用户模块通常有以下几个优点： ( 1 ) 省去用户管理源代码的烦恼。用户在许多情况下并不关心模块的内部实现， 而只是想把它作为一个黑匣子使用，只需要了解模块的功能以及如何使用模块就 可以了。 ( 2 ) 可以保护源代码。许多时候，模块的开发者并不希望模块使用者看到源代 码。由于链接库提供给使用者的是经过编译的库文件以及函数库的说明文件，因 此，使用链接痒正好可以将源代码保护起来。 ( 3 ) 使用链接库可以避免模块的函数名、变量名与最终用户的程序上的冲突。 按照连接方式的不同，经常使用的用户模块可以分为静态链接库和动态链接 库两种。 ( 1 ) 静态链接库：静态链接库是一种用户模块，它提供了函数完整的目标代码( 在 静态链接库的l i b 文件中) ，如果程序调用静态链接库中的函数，则在进行连接时 连接程序将静态链接库中所包含的该函数的代码复制到运行文档中。由于静态链 2 4 浙江工业大学顶士学位论文 接库将目标代码链接到应用程序中，当程序运行时，如果两个程序调用了同一静 态库中的函数，内存中将出现该函数的多份复制件。 ( 2 ) 动态链接库：动态连接库也包含了其所提供的函数的目标码，但是在程序连接 动态链接库中的函数时，连接程序并不将包含在动态链接库中的函数的目标码复 制刘运行文件中，而只是简单地记录了函数的位置信息( 即包含于哪个动态链接 库中以及在动态链接库中的位置) 。有了这些信息后，程序执行时，即可找到该 函数的目标代码。因为只是在执行时才得到真正的连接，因此称为动态连接。函 数在动态链接库中的位置信息存放在一个独立的楷中，这个榴就是导入库。动态 链接库是一个可执行模块，其包含的函数可以由w i n d o w s 应用程序调用以执行一 些功能。动态链接库主要为应用程序模块提供服务。当两个应用程序调用了同 动态链接库中的一个函数时，内存中只保留陔函数的一份复制件，这样内存利用 率更高。 由此可以看出，动态链接霹与静态链接库相比有以下不同之处 首先，使用动态链接库时，应用程序中弗不需要包含函数的代码。它仅仅包 古了应用程序运行过程中所调用的d l l 函数的一些最基本信息( 例如d l l 文件位 嚣、函数名等) 。 其次，使用动态链接库时，应用程序和函数的链接既可以在应用程序编译时 进行( 隐式连接) ，也可以在应用程序运行时进行( 显式连接) 。 在编写大型软件系统时，使用动态链接库有如下优点： ( 1 ) 减少应用程序的尺寸，从而节约了硬盘空问，特别是当几个应用程序使用 同一个动态链接库时。 ( 2 ) 多个应用程序可以同时访问内存中的动态链接库的单一映像，节约程序运 行的内存空间。 ( 3 ) 用利于不同的程序共辜数据、资源。 ( 4 ) 使用动态链接库，用户可以将应用程序拆分成各个独立的模块。这有利于 程序日后的升级。因为在改变保存在静态链接库中的函数时，必须重新链接使用 该函数的每个程序。使用动态链接库时，则仅需重新编译d l l 槽。 浙江工业大学硕士学位论文 ( 5 ) 有利于开发人员养成结构化编程的习惯。 ( 6 ) d l l 的编制与具体的编程语言及编译器无关，只要遵守d l l 的开发规范和编 程策略，并安排正确的调用接口，不管用何种编程语言编制的d l l 都具有通用 性。 ( 7 ) d l l 可以有自己的数据段，但没有自己的堆栈，使用与调用该d l l 的应用程 序相同的堆栈模式，减少了编程设计上的不便。 当然，任何事情都具有双面性。使用动态链接库使程序变成了两个或者更多 的组成部分。这使得程序更加难予管理，而且容易出现某些错误。例如，如果动 态链接库与应用程序不同步，必然会产生麻烦。但是总的来说，创建大型的软件 系统的时候，动态链接库的优点远大于它的缺点。在下列情况下，必须使用动态 链接库： ( 1 ) 多个应用程序共享代码和数据。 ( 2 ) 在各子程序过滤系统消息时必须使用动态链接库。 3 ) 设备驱动程序必须是动态链接库。 ( 4 ) 如果要在对话框编辑器中使用自已定义的控件，也必须使用动态链接 库。 ( 5 ) 为了实现应用程序的国际化，往往需要使用动态链接库。 用