带Smith预估计器的微机温控系统.pdf

第券第 期 总第期 年月 沈阳工 业大学 学报 了 址 丫 凡 凡 带 比预估计器的微机温控系统 孙廷玉张家鸣 摘 要 本文 阐述了卡式微机对电炉温度实 现 自动控制的原理 及自动控制系统的组成 和设计方法 该系统可根据需要实现带预估计器的和不带预估计器 的两 种控制规律 可实 现有台阶和无台阶两种输出 本 系统 既可实用于 小容量的热处理 炉 又可作为微 机控制技术课的实验 装置 关键词微型计算机温度控制 系统 前言 目前在生产中应用的电炉多数是用仪表控制的 属于断续控制 控制精度低 一般稳态 误差在士 以上 超调量也很大 一般在肠左右 而采用微机控制电炉不但能显著克服 用仪表控制所存在的缺点 而且能充分发挥微机控制灵活 功能强 便于对多台炉子实现集 中控制等优点 同时还可显著地提高控制性能 系统结构 该系统结构如 图所示 橄橄月机机机致字触发昌昌昌可控硅硅硅电护护 软软件泊故故故变送份份 图微机温控系统框图 本文于 年 月 日收到 沈 阳 工业大学学 报 年 该系统可分为以下几部分 微型机 该机字长位 内存容量 数字触发器 该装置是利用的零通道 比较器 单稳和反相 器等组成 执行机构 双向可控硅交流调 压 检测元件 镍铬 镍铝热电偶 被控对象 一一 型工业电炉 额定功率 电压 温 度 变送器 一 型温度变送器 输出 一 八 片子 控制原理及接 口 电路设计 为了控制方便 灵活 该系统接口电路笼将 扣 片子通过和相连 将经 加片子得到的温度采样值经数字运算后 输出控制量去改变零通道 的付间常数 完成 数字触发 达到改变炉子两端电压的目的 其原理如图所示 人人 月 双向可控硅硅 人 口口 州 印 人 洲洲 护 县 洲洲 心 人人之 盆盆盆盆 岁石 云云云云 份万 心 产了月 计数脉冲 图微机温控系统原 理图 第期带预估计器的微机温控系统 控制程序设计 用微机实现炉温的自动控制 其核心是控制算法的实现 为抑制超调量和提高控制精度 以及被控对象滞后特性对系统性能的影响等 我们采用了积分分离式 增量式算法或带 预估计器的积分分离式 增量式算法 以及设 门槛电压等措施 程序完成的主要功能如下 定时采样 惯性滤波 十 叭 一 当输出温度达到某一个值时 进行预定算法的运算 增量式 的算法 一 一 一 其 中 一及一 为第次采样的误差信号 为第次采样微机输出的控制信号 带预估计器的增量式算法 二一 尸 一一 其中 及一 一 一 一 一 一 友 一一一一 采样周期 被控对象时间常数 二 纯滞后时间 一冬 定时保温 标度变换 线性化处理 上下 限报警等 为满足以上要求 控制程序包括两部分 主程序输入原始数据 清中间结果单元 初始化 中断服务程序启动 数字滤波 实现两种算法 上下限报警 显示温度等 程序 框图如图所示 系统的理论分析 众所周知 在温控系统中 由于炉子的 间常数很大 所以被控对象的数 学模型可用一 个一阶惯性环节 加一个延迟环节来近似 带预估计器和不 带预估计器两种分析 沈阳工 业大学学报 年 一 一一 一一 一 一 一 一一 一一一 一一一一 一一 一一 一一一 一一一 一 一 一 一一一一 一一 一 一 一 一一一产一冲一 一 科序框图如 一下 衣 中断服务程序 启动 人 送复位脉冲 盛 读转换结束标志 转换结束否 谈采样值 查表法对来样 值线性化 一阶滞后沁故于程序 是否开盆段或下降段 姆度超过上限 上限报替 沮度低于下限 下限报苦 使绿灯亮 回 第 期 带 预估计器的微机温控系 定定时计数数 全全出出出出出出出出出出出 零零粉出出出粉出出 子惶序序序序序序序序序序序序序序序序序序序序序序序序序 卜卜卜 中间结果数数数羚机机 算算法子程序序序序序序序序序序序序序序序 改给定 上下限沮度度 标标度空换子穆序二 二 降降沮标志 碑碑鱼出 出 算法程序 一一了 八卜 户 八 一 八八 一八 砂只妙 七一 公越限判断及处理 中可结果处理 返回 比 预估计器 护 位接 砂一 一一 卜 一扮 抽 卜 台合沈 阳 工业大孕 学 报 污 牟 二 丫一 一 二 一子 一 妙 吞 玉 文 一 卜二 毅 朴 梦 妙 心 一八 目么 十 越限判断 卜 中间结果处理 返回 肚肚小人 匀盆 人 人人人 歹 二二 叶 日 犷犷 于 人人 日 护歹公 子 取取 一 和 协协 二 一 二 恢恢复现场场 图程 序框图 方法的框图如图 图所示 一犷 图带五预估计器温控系统 图中 变送器放大倍数 热电偶系数 十 第期带 预估计器的撒机温拉系统 按模拟方法分析 二 平 尸 一 一 户一 产 一左 二 尸 一丫 十二 尸 一 日 尸 一 尸 由此可见带预估计器的闭环系统的特征方程 中不 包含纯滞后项 一 这样提高了 系统 的稳定性 由于实测 炉子的附间常数为 滞后时间为 比时间常数小得多 故可以忽略 曰 一二 一 因此做程对象阴怜述图纵理似刀 诈 尸又 少 币二工 一下 孟飞一 其调节原理方框图如图所示 一 杯 刃氛 氛 二盆 一 图不 带 计预估 计器 温控系 统 图中 变送器放大系数 热电偶系数 广义被控对象的脉冲传递函数 万 尸 之 一 气 一 巴 少 一己 别 之一 一一 一 于尸 裁一 之 之一 犬 之 之 万 之 互星二久士丝述 一一 八 一 少 之一 一 一 之一 该系统的特征方程为 十二 即为 厂 一 一 门 人人八 少 一 少一吸 十少 一 二 一 叼别 八 十 一八八 气 一巴 一 一 进行变换得 沈阳工业大 李 毕报 年 一 一 一 式八 八 八 八 一 一 了一 一 一 上式可表示 为 一 式 中 一 一 尸 厂 小 一 一 一 丁 一 一兀 兀一尤 兀 一 尤 一犬入 左 由古尔维茨判据可得系统稳定条件为 一 二 丫 二 二井 三 上兰 一 一冬 尸 一 一 一 丈一 实测得 取 一 参数可整定 为 尸 本系统参数 为 尸一 场 一 该系统的控制性能 超调量肠二帕 稳态误差 一 士 如果没 台阶偷出 精度可达士 以内 本系统能开 出买验举例如 图所示 户 一 向二褚 时间常数为时 的负 载两端波形 时间常数为时的负 载两端波形 时间常数 为时的负载两 端波形 图数字触发器波形 第期带预估计器的微机温控系统 结论 对被控对象是连续的 而且对控制性能要求不高的计算机控制系统可以采用模拟 化分析力法 该方法除参数的选择好坏影响系统性能外 采样周期的选择亦是一个重要问 题 一 般情况是在允许情况下采样周期选择得小 一些对提高系统性能有好处 但对象炉子这 样惯性较大的被控对象 采样周期取得小 控制效果将变坏 另外计算机输出 一 应 赋于一定数值