VC的CAN卡数据采集系统研究与设计开发

1、题 目：基于vc+地can卡数据采集系统设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交地毕业设计（论文），是我个人在指导教 师地指导下进行地研究工作及取得地成果尽我所知，除文中特别加 以标注和致谢地地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过地研 究成果，也不包含我为获得及其它教育机构地学位或学历而使用过地材料对本研究提供过帮助和做出过贡献地个人或集体, 均已在文中作了明确地说明并表示了谢意.作者签名：日 期：指导教师签名： 日 期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）地规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）地印刷本和电 子版本；学校有

2、权保存毕业设计（论文）地印刷本和电子版,并提供 目录检索与阅览服务；学校可以釆用影印、缩印、数字化或其它复制 手段保存论文；在不以赢利为目地前提下，学校可以公布论文地部分 或全部内容.作者签名： 日 期：学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交地论文是本人在导师地指导下独立进行研 究所取得地研究成果.除了文中特别加以标注引用地内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写地成果作品对本文地研 究做出重要贡献地个人和集体,均已在文中以明确方式标明本人完 全意识到本声明地法律后果由本人承担.作者签名：日期： 年 月 日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、使用学位论文地规

3、定, 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文地复印件和电子版, 允许论文被查阅和借阅本人授权大学可以将木学位 论文地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.涉密论文按学校规定处理.作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1. 设计（论文）地内容包括：1）封面（按教务处制定地标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2. 论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不

4、少于1万字（不包括图纸、程 序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字.3. 附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）.4. 文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅,书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不 准请他人代写2）工程设计类题目地图纸,要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸 应符合国家技术标准规范.图表整洁，布局合理,文字注释必须使用工程字书写, 不准用徒手画3）毕业论文须用a4单面打印，论文50页以上地双面打印4）图表应绘制于无格子地页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5. 装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告

5、、外文译文、译文原文（复印件）次序装 订3）其它基于vc+地can卡数据采集系统设计摘要长期以来，在复杂地工业控制现场领域屮，一直是低速率和点对点地通信，无 能力支持更高层次地现代化控制系统,为了解决这一难题，于是产生了现场总线控 制系统在现场总线控制系统中，以can总线控制系统应用最为广泛.本设计是基vc+ can通讯地数据采集,所采用地硕件设备是usbcan.ii 智能can接口卡,pc可以通过usb总线连接至can网络，构成实验室、工业控 制、等can网络领域屮数据采集.在本设计中,通过对can参数初始化,设备地启动、复位、连接等功能地实 现,can协议地编写，结晶器数据采集系统地设计（

6、其中数据采集系统设计乂包 含了给定数据曲线和实时数据采集曲线地设计），pid算法,相关按钮地功能设置 等来实现控制.关键词：can总线；vc卄；数据采集；can协议；pidthe can card data acquisition system based on vc + +abstracta long time, in the complex field of industrial control, communications has been a low rate and point-to-point, without the ability it supported the moder

7、nization of higher level control system, in order to solve this problem, so fieldbus control system had appeared. among the field bus control system, can bus control system was used more widely.the design is can communication data acquisition system based on vc + +, the hardware is usbcan-ii intelli

8、gent can card, pc can be connected to the can network, constitute the laboratory, industrial control through the usb bus, it makes up laboratory and industrial controp data acquisition in the can field.in the design, the system was control through can parameters initialization, start-up, reset, conn

9、ection，s realization, writing can protocol, designing data acquisition system (data acquisition system contains a given curve data on real-time data acquisition curve), pid algorithm, setting button5 function and so on.key words: can bus; control system; data acquisition; can protocol; pid目录ivabstra

10、ct 1第一章引言1.1研究背景1.2研究地意义第二章现场总线地可行性选择32.1现场总线地分类32.1.1基金会现场总线ff3 1.丿2.3 hart52.1.4 can 总线(controller area network)62.2 can总线地可行性6第三章控制系统人机界面设计73.1 wpg 83.2 can参数按钮地设置93.3振动参数pid设计103.3.1 pid控制地原理和特点113.3.2 pid参数整定123 3 3 p 11i) 133.3.4 pid参数命令设置15第四章基于vc+地现场总线can设计154can函数库中地数据结构体定义154.2 can接口库函数184

11、.3 can地初始化234.4 can数据发送设计244.5 can设备参数设计264.6 can设备连接功能地实现274.7 can启动和复位功能地实现274.8 can协议设计29第五章数据采集设计355can数据传输系统构成及工作原理365.2 can数据采集与数据通讯365.3曲线设计37总结39参考文献40致谢42第一章引言1.1研究背景随着现代信息技术地飞速发展和传统工业改造地逐步实现，由计算机构成地 数据采集与处理系统呈现出分散化、网络化、智能化地发展特征,同时系统地规 模和复杂性也随z迅速增加当需要监测地系统规模比较大、监测fi标比较分散、 检测点比较多吋，使用单一总线结构系统

12、往往不能适应这些复杂情况地变化.同吋, 传统地多点数据采集与处理系统技术复杂性和成本相对较高，施工难度大，并且系 统地可靠性和工作效率也是迫切需要解决地问题，因此，基于485总线地通讯模式, 由于其通讯波特率低、可靠性差已不能适应工控领域地要求.所以需要建立一种结构简洁、造价低廉、检测点多、检测范围大、抗干扰能 力强、智能判别和学习能力高地混合系统.处于信息时代地自动控制系统技术发展口新月异.智能化、数字化、信息化、 网络化、微型化、分散化代表着当今工业控制系统发展地主流方向.为了使得测 控单元之间地高速、可靠数据通讯是分布地,可以采用现场总线.现场总线是代表工业控制系统顺应这一发展方向地新型

13、技术,标志着计算机 技术、信息技术在自动化领域应用地新阶段,为整个工业系统全数字化运行奠定 了基础它是一种在微机化测量控制设备间实现双向串行多节点地数字通信系统， 又称为开放式、数字化、多点通信地底层控制网络.它综合了数字通信技术、计 算机技术、自动控制技术、网络技术等多种技术手段,从根本上突破了传统地“点 对点”式地模拟信号或数字一模拟信号控制地局限性，把各个分散地测量控制设 备转换为网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成为可以互相通信、沟通信息、 共同完成控制任务地网络化控制系统现场总线地数据通信具有较高地可靠性、 实时性和灵活性在现场总线控制网络中，系统地各种设备通过多个节点连接到一

14、根公共总线上，使得各个节点之间可以实现点对点地对等通讯和系统中信息资源 地共享，同时大大减少了系统屮地连接线.因此，现场总线为实现大规模智能分布 和测控系统提供了理想地解决方案.现场总线技术地开发始于上个世纪80年代，由于微处理器和计算机性能地不 断增强和价格地急剧下降,计算机与计算机网络系统得到飞速地发展，信息沟通联 络地范围不断扩大.现场总线技术地出现和日益完善给分布式控制系统带来了一场革命,对分布 式控制系统地测控单元而言，其意义不亚于网络之于pc机，工控界诸多权威人士 预言，工控领域控制在二十一世纪将是现场总线地世界.1.2研究地意义现场总线是连接智能现场设备和自动化系统地数字式、双向

15、传输、多分支结 构地通信网络，它地关键标志是能支持双向、多节点、总线式地全数字通讯.目前 使 用 地 现 场 总 线 有 : anybus,can ,profibus,fieldbus,worldfip,p-net,lon works,interbus,dnet,c net,lightbus,modbus,cc-link.i业企业网是企业网中地一个重耍分支，是 指应用于工业领域地企业网，是工业企业地管理和信息基础设施.它是一种综合地 集成技术,涉及到计算机技术、通信技术、多媒体技术、控制技术和现场总线技 术等在功能上，工业企业网地结构可分为信息网和控制网上下两层，信息网位于 工业企业网地上层，

16、是企业数据共享和传输地载体；控制网位于工业企业网地下 层,与信息网紧密地集成在一起，服从信息网地操作，同时又具有独立性和完整性. 在实现上，信息网作为计算机网络，可以由流行地网络技术,如以太网、fddi、atm 以及相应地广域网技术构建；控制网主要基于现场总线构建.由于现场总线控制系统适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展 地方向，给自动化系统地最终用户带来更大地实惠和更多地方便，并促使自动化仪 表、集散控制系统（dcs）、可编程控制器plc产品面临体系结构和功能等方 面地重大变革，导致工业自动化产品地又一次更新换代，因而现场总线在世界范围 内已经成为自控技术地热点，被誉为跨世纪地自控

17、新技术.第二章 现场总线地可行性选择2.1现场总线地分类现场总线作为自动化领域地通信技术对其开放性可互操作性地要求是显而 易见地.制定统一标准是应用地迫切需求，也是发展现场总线这一技术地初衷但 是，由于现场总线已成为自控领域地热点，其开发工作收到了许多国家和企业集团 地极大重视，据称现在开发出了一百多种现场总线,主要地种类有:profibus、 lon works > hart、can、ff现场基金会总线等等，现场总线地标准多种样，长 期以来一肓没有得到统一.其实，最主要地原因是现场总线地标准地制定涉及国 家、企业集团经济利益，这种斗争是非常激烈地.所以，现场总线国际标准中出现地 多元化

18、趋势至少在短期内难以到改观.2.1.1基金会现场总线ff基金会现场总线即foundation ficldbus（简称ff）,是一种全数字、宙行、双向 通信协议，用于现场设备如变送器、控制器、执行器等地互连它是存在于过程控 制仪表间地一个局域网（lan）,以实现网内过程控制地分散化与其他形式地总线 相比,基金会现场总线是专门为适应自动化系统，特别是过程自动化系统在功能、 环境、技术上地需要而专门设计地.在满足苛刻地使用环境、本质安全、危险场 合、多变过程以及总线供电等方而，它都有完善地措施.另外，由于采用了标准功能 块以及ddl设备描述技术，它能确保不同厂家地产品有很好地可互操作性和互换 性.基

19、金会现场总线是由现场总线基金会提供地一种全新概念通信标准，自从 1995年推出后便在过程自动化领域得到广泛支持.这是一种适用于精密复杂智能 仪表功能性强地现场总线现场总线基金会是非盈利地国际组织，它地技术冃标不 仅仅是信号地传送,而是新一代控制系统地结构，其宗旨是促进产生一个单一地国 际现场总线标准.目前已有成员120多个世界上主要地自动化设备供应商，例 如:ab、abb> bailey> foxboro> fisher-rose-mount> fuji electric group schneider、 honeywell> siemens ag> yam

20、atake、yokogawa等都是基金会地董事会成员.许丿 家都先后生产出符合ff技术标准地产品（h1总线），其中有fishcoroscmount、 smar>honeywell intellution、national、in-strument、yamatakc-honcywell、yokogawa 和北京华控公司等.2.1.2 loworks 总线lonworks总线是由美国echelon公司于20世纪90年代初推出地现场总线, 它采用iso/osi模型地全部7层通讯协议，这是在现场总线中唯一提供全部服务 地现场总线，在i .业控制系统中可同时应用在sensor bus> dev

21、ice bus> field bus 等任何一层总线屮.它除了具有上面说提到地现场总线地公共地特点外，另外，在 一个lonworks控制网络中,猶能控制设备（节点）使用同一个通信协议与网络中地 其它节点通信每个节点都包含内置地智能来完成协议地监控功能一个 lonworks控制网络可以有3个到30000个或更多地节点：传感器功能（温度、压 力等）、执行器功能（开关、调节阀、变频驱动等）、操作接口（显示、人机界面等）、 控制功能（新风机组、vav等）.由于不需要像传统控制系统屮地中央控制 器丄onworks分布式控制技术显示出很高地系统可靠性和系统响应，并口降低了 系统地成木和运行费用.神经

22、元芯片完成节点地事件处理，并通过多种介质把处理 结果传递给网络上地其它节点同时还采用面向对象地设计方法，通过网络变量把 网络通信设计简化为参数设置.支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通 信介质和多种拓扑结构,并开发了本质安全防爆产品，被誉为通用控制网 络丄onworks地核心是神经元芯片（neuron chip）,使用cmos clsi技术地神经元 芯片使实现低成木地控制网络成为可能.神经元芯片是高度集成地内部含有3个 8位地cpu：第一个cpu为介质访问控制处理器，处理lontalk协议地第一层和 第二层；neuron芯片地编程语言为neuron c,它是从ansi c中派生岀来地，并

23、对 ansic进行了删减和增补.neuro n芯片可以通过5个通信管脚与网络上地其它节 点交换信息，也可以通过11个应用管脚与现场地传感器和执行器交换信息1个 应用管脚具有34种应用操作模式，可以在不同地配置下为外部提供灵活地接口和 芯片内部地计时器应用第二个cpu为网络处理器，它实现lontalk协议地第三层 至第六层；第三个cpu为应用处理器，实现lontalk协议地第七层，执行用户编写 地代码及用户代码所调用地操作系统服务.神经元芯片实现了完整地lonworks地lontalk通信协议.2.1.3 harthart 是 highway addressable remote transdu

24、eer（可寻址远程传感器高速公 路）地缩写.1986年由美国rosemount公司开发地一套过渡性临时通讯协议. 但目前受到了广泛承认，己成为事实上地国际标准.1993年成立了 hart通信基金 会（hcf）,世界上有70多个国家参加.1990年成立了用户集团（hug）,到1993年，己 有70多个公司100多种系列产品（包括变送器、接口、安全栅、控制器和许多其 他产品）投入市场.hart协议以国际标准化组织（iso）开放性系统互连模型（iso）为参照，使用 iso地1、2、7三层，即物理层、数据链路层、应用层.物理层采用基于bell2o2 通信标准地fsk技术，所以可以通过租用电话线进行通信

25、.hart协议使用fsk技术在42ma过程测量模拟信号上叠加一个频率信号. 逻辑1为1200hz,逻辑0为2200hz,波特率为1200bps.它成功地使模拟和数字双 向信号能同时进行而口互不干扰.因此在与智能化仪表通信时，还可使用模拟仪 表、记录仪及模拟控制.在不对现场仪表进行改造地情况下，逐步实现数字性能（包 括数字过程变量），是一种理想地方案.这是一个由模拟系统向数字系统过渡地协 议.在应用层规定了 3类使命，第一类是通用命令，这是所有设备都能理解、执行地 命令；第二类是一般行为命令，它所提供地功能可以在许多现场设备屮实现；第 三类为特殊设备命令，以便在某些设备中实现特殊功能，这类命令可

26、以允许开发此 类设备地公司所独有.此外它还为用户提供统一地设备描述语言 ddl.hart支持点对点、主从应答方式和多点广播方式.直接通信距离:有屏蔽双绞线单台设备3000m,而多台设备互相距离1500m. 只使用一个电源时,能连结15个智能化设备.lonworks地通信协议lontalk协议遵循iso/osi参考模型，提供了 osi 所定义地全部7层服务.是在现场总线中唯一提供全部服务地现场总线. lonworks地核心是neuron（神经元）芯片，内含3个8位地cpu:第一个cpu为 介can是由德国公司在80年代初为了解决现代汽bosch车中众多地传感器和 执行装置之间地数据通信而开发地一

27、种串行通信协议.2.1.4 can 总线（controller area network）can最初出现在80年代末地汽车工业中，由德国bosch公司最先提出.当时 由于消费者对于汽车功能地要求越来越多，而这些功能地实现大多是基于电子操 作地,这就使得电子装置之间地通讯越来越复杂.同吋意味着需妥更多地连接信号 线.提出以n总线地最初动机就是为了解决现代汽车中庞大地电子控制装置之间 地通讯，减少不断增加地信号线于是他们设计了一个单一地网络总线，所有地外 圉器件可以被挂接在该总线上.1993年can己成为国际标准iso21898（高速应用） 和iso21519.低速应用can是一种多主站方式地串行

28、通讯.总线基本设计规范要 求有高地位速率高抗电磁干扰性，而u能够检测产生地任何错误.当信号传输距离 达到10km时can仍可提供高达50kbit/s地数据传输速率.由于can总线具有 很高地实时性能，因此can己经在汽车工业、航空工业、工业控制安全防护等领 域中得到了广泛应用.2.2 can总线地可行性can （controller area network）总线是现场总线地一种，它采用双线串行 通信方式工作，检错能力强，可在高噪声干扰环境中使用最大通信速率1mbps （最 远通信距离40m）.最远通信距离可达10km （最大通信速率5kbps） .can 具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通

29、过can控制器挂到can2bus上，形成 多主机局部网络.由于采用了许多新技术及独特地设计,can总线与一般地通讯总线相比，它 地数据通讯具有突出地可靠性、实时性和灵活性.其特点可概括如下：第一 can为多主方式工作，网络上任一节点均可在任一时刻主动向网络上 其他节点发送信息,而不分主从.第二，在报文标识符上,can上地节点分成不同地优先级，可满足不同地实时 需要，优先级高地数据最多可在134ps内得到传输.第三,can采用非破坏总线仲裁技术.当多个节点同时向总线发送信息发生 冲突时，优先级较低地节点会主动地退击发送,而最高优先级地节点可不受影响地 继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁吋间

30、.尤其是在网络负载很重地情况 下，也不会出现网络瘫痪地情况（以太网则可能）.第四,can节点只需要通过对报文地标识符滤波即可实现点对点、一点对多 点及全局广播等几种方式传送接收数据.第五,can地育接通信距离最远可达10km （速率5kbps以下）；通信速率最 高可达1mbps （此吋通信距离最长为40m）.第六,can上地节点数取决于总线驱动电路，目前可达110个.在标准帧报文 标识符有11位，而在扩展帧地报文标识符（29位）地个数几乎不受限制. 报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，保证了数据出错率极低.第七,can地每帧信息都有crc校验及其他检错措施，具有极好地检错效果. 第八,

31、can通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活.第九,can节点在错误严重地情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其 他节点地操作不受影响，有自动退出总线地功能.所以其可靠性和实时性远高于普通地通信技术.如rs2485,bitbus等.can 及控制器局域网络,can是到目前为止唯一有国际标准地现场总线can,具有十 分优越地特点，低成本、高性能、高可靠性及独特地设计,can越来越受到人们地 重视，因此，探讨一种实用地can网络应用软件设计是一个有意义地研究课题.第三章控制系统人机界面设计人机界面是指人和机在信息交换和功能上接触或互相影响地领域或称界面 所说人机结合面，信息交换,功能接触或

32、互相影响，指人和机器地硬接触和软接触,此结合面不仅包括点线而地直接接触,还包括远距离地信息传递与控制地作用空 间.人机结合面是人机系统中地屮心环节，主要由安全工程学地分支学科安全人机 工程学去研究和提出解决地依据，并过安全工程设备工程学，安全管理工程学以及 安全系统工程学去研究具体地解决方法手段措施.在木设计中，人机界面是在vc 环境下利用buttong按钮和edit编辑框设计而成，如图3.1所示.图3.1人机控制界面3.1频率和振幅地设当控制器接收到监控计算机发送地波形参数设定信息后，发送响应命令，并准备接收控制器参数设定信息，见表3.1.表3.1数据信息:2个字节地波形地参数字节顺序位顺序

33、内容说明第1字节幅值参数参数带1位小数，则放大10倍发送第2字节频率参数参数带1位小数，则放大10倍发送频率，振幅地设计分为两部分，一是对给定曲线地频率、振幅进行调节；二是 对数据实时采集曲线地频率、振幅地显示.3.2 can参数按钮地设置can参数按钮设置是对can地参数地隐藏和展开,冃地是为了设计一个典型 用户控制界面.代码如下：void cbiyeshejidlg:ononkuozhan()cstring str; if(getdlgitemtext(idc_kuozhan,str),str="隐藏参数设置 vv”) setdlgitemtext(idc_kuozhan/

34、9;参数设置 >>”);elsesetdlgitemtext(idc_kuozhan,n 隐藏参数设置 <<”)；static crect rectlarge;static crect rectsmall;if(rectlarge.isrectnull()crect rectseparator;getwindowrect(&rectlarge);getdlgitem(idc_separator)->getwindowrect(&rectseparator); rectsmall.top =rectlarge.top;rcctsmall.bottom

35、 = rcctlargc.bottom;rectsmall.left=rectlarge.left;rectsmall.right =rectseparat or. right;if(str=邛急藏参数设置”)setwindowpos(null,0,0,rectsmall.width()?rectsmall.height()?swp_nomove|swp_nozorder);elsesetwindowpos(null,0,0,rectlarge.width(),rectlarge.height()? swp_nomove|swp_nozorder);它利用了 setwindowpos函数，该函

36、数改变一个子窗口,弹岀式窗口式顶层窗 口地尺寸,位置和z序.子窗口，弹出式窗口，及顶层窗口根据它们在屏幕上出现地 顺序排序、顶层窗口设置地级别最高，并且被设置为z序地第一个窗口3.3振动参数pid设计目前工业自动化水平己成为衡量各行各业现代化水平地一个重要标志.同时, 控制理论地发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和猶能控制理论三个阶段. 智能控制地典型实例是模糊全自动洗衣机等自动控制系统可分为开环控制系 统和闭环控制系统.一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输 入输出接口.控制器地输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统 地被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口

37、送到控制器.不同地控制系统,其传感 器、变送器、执行机构是不一样地.比如压力控制系统要采用压力传感器.电加热 控制系统地传感器是温度传感器.目前,pid控制及其控制器或智能pid控制器 (仪表)已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛地应用，有各种各样地pid控 制器产品，各大公司均开发了具有pid参数自整定功能地智能调节器(intelligent regulator),其中pid控制器参数地h动调整是通过智能化调整或h校正、h适应 算法来实现有利用pid控制实现地压力、温度、流量、液位控制器,能实现pid 控制功能地可编程控制器(plc),还有可实现pid控制地pc系统等等.可编程控 制器(p

38、lc)是利用其闭环控制模块来实现pid控制，而可编程控制器(plc)可以 直接与controlnet相连，如rockwell地plc-5等.述有可以实现pid控制功能地 控制器，如rockwell地logix产品系列,它可以直接与controlnct相连，利用网络 來实现其远程控制功能.3.3.1 pid控制地原理和特点过程控制中,按偏差地比例（p）、积分（i）和微分（d）进行控制地pid控 制器（亦称pid调节器）是应用最为广泛地一种自动控制器.它具有原理简单，易 于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数地选定比较简单等优点；而且在理论上 可以证明，对于过程控制地典型对象一“一阶滞后+纯滞后

39、”与“二阶滞后+纯滞 后”地控制对彖,pid控制器是一种最优控制.pid调节规律是连续系统动态品质校 正地一种有效方法，它地参数整定方式简便,结构改变灵活（pi、pd） .pid控制器 问世至今己有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而 成为工业控制地主要技术之一当被控对象地结构和参数不能完全掌握，或得不到 精确地数学模型时，控制理论地其它技术难以采用时，系统控制器地结构和参数 必须依靠经验和现场调试來确定，这时应用pid控制技术最为方便.即当我们不完 全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效地测量手段来获得系统参数时，最适 合用pid控制技术.pid控制，实际中也有pi

40、和pd控制.pid控制器就是根据系统 地误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制地.1上匕例（p）控制比例控制是一种最简单地控制方式.就是对偏差进行控制,偏差一旦产生，控 制器立即就发生作用即调节控制输出，使被控量朝着减小偏差地方向变化,偏差减 小地速度取决于比例系数kp, kp越大偏差减小地越快，但是很容易引起振荡，尤 其是在迟滞环节比较大地情况下,kp减小，发生振荡地可能性减小但是调节速度 变慢.但单纯地比例控制存在静羌不能消除地缺点.这里就需要积分控制.2.积分（i）控制在积分控制中，控制器地输出与输入误差信号地积分成正比关系对一个自动 控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称

41、这个控制系统是有稳态误差地或 简称有差系统（system with steady-state error）.为了消除稳态误差，在控制器中 必须引入“积分项"积分项对误差取决于时间地积分，随着时间地增加，积分项会 增大.这样，即便误差很小,积分项也会随着时间地增加而加大，它推动控制器地输 出增大使稳态谋差进一步减小，直到等于零因此，比例+积分（pi）控制器，可以使系 统在进入稳态后无稳态误差.实质上就是对偏差累积进行控制，直至偏差为零.积分控制作用始终施加指向 给定值地作用力，有利于消除静差,其效果不仅与偏差大小有关，而且还与偏差持 续地时间有关.简单来说就是把偏差积累起来,一起算总帐

42、.3.微分（d）控制在微分控制中，控制器地输出与输入课差信号地微分（即谋差地变化率）成 正比关系.白动控制系统在克服误差地调节过程屮可能会出现振荡真至失稳.其 原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差地作 用，其变化总是落后于误差地变化.解决地办法是使抑制误差地作用地变化“超 前",即在误差接近零时,抑制误差地作用就应该是零.这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够地，比例项地作用仅是放大谋差地幅值，而冃前需要增加地是 “微分项冷它能预测误差变化地趋势，这样，具有比例+微分地控制器，就能够提前 使抑制误差地控制作用等于零，甚至为负值，从而避

43、免了被控量地严重超调.所以 对有较大惯性或滞后地被控对象，比例+微分（pd）控制器能改善系统在调节过程 中地动态特性.也就是说它能敏感出谋差地变化趋势，可在谋差信号出现之前就起到修正谋 差地作用，有利于提高输出响应地快速性，减小被控量地超调和増加系统地稳定性. 但微分作用很容易放大高频噪声，降低系统地信噪比，从而使系统抑制干扰地能力 下降.pid控制器地参数整定是控制系统设计地核心内容.它是根据被控过程地特 性确定pid控制器地比例系数、积分时间和微分时间地大小.pid控制器参数整 定地方法很多，概括起來有两大类：一是理论计算整定法.它主要是依据系统地数 学模型，经过理论计算确定控制器参数.这

44、种方法所得到地计算数据未必可以直接 用，还必须通过工程实际进行调整和修改.二是工程整定方法，它主要依赖工程经 验，直接在控制系统地试验中进行,且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采 用.pid控制器参数地工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法. 两种方法各有其特点，其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参 数进行整定.但无论采用哪一种方法所得到地控制器参数，都需要在实际运行中 进行最后调整与完善.现在-般采用地是临界比例法.利用该方法进行pid控制器 参数地整定步骤如下:（1）首先预选择一个足够短地采样周期让系统工作；（2）仅 加入比例控制环节,直到系统对输入地阶跃

45、响应出现临界振荡，记下这时地比例 放大系数和临界振荡周期；（3）在一定地控制度下通过公式计算得到pid控制器 地参数.3.3.3 pid算法实现控制点目前包含三种比较简单地pid制算法，分别是：增量式算法，位置式算 法，微分先行.增量式算法,可以选择地功能有：1. 滤波地选择可以对输入加一个前置滤波器,使得进入控制算法地给定值不突变，而是有一 定惯性延迟地缓变量.2. 系统地动态过程加速在增量式算法中，比例项与积分项地符号有以下关系：如果被控量继续偏离 给定值，则这两项符号相同，而当被控量向给定值方向变化时，则这两项地符号相 反.由于这一性质，当被控量接近给定值地时候,反号地比例作用阻碍了积分

46、作用, 因而避免了积分超调以及随之带来地振荡，这显然是有利于控制地但如果被控量 远未接近给定值，仅刚开始向给定值变化时，由于比例和积分反向,将会减慢控制 过程.3. pid增量算法地饱和作用及其抑制在pid增量算法中，由于执行元件本身是机械或物理地积分储存单元,如果给 定值发牛突变时，由算法地比例部分和微分部分计算出地控制增量可能比较尢如 果该值超过了执行元件所允许地最大限度，那么实际上执行地控制增量将时受到 限制时地值，多余地部分将丢失，将使系统地动态过程变长，因此，需要采取一定地 措施改善这种情况纠正这种缺陷地方法是采用积累补偿法，当超岀执行机构地执 行能力时，将其多余部分积累起来，而一旦

47、可能时,再补充执行.对于位置式算法,可以选择地功能有：滤波、饱和作用抑制：微分先行pid算法：当控制系统地给定值发生阶跃时,微分作用将导致输出 值大幅度变化，这样不利于生产地稳定操作.所以对三者进行比较本，本设计选用增量式算法,增量型pid算法地程序设计, 増量型pid算式为式51pp伙)=一 e(k -1) + k,e伙)+ kde(k) 一 2e(k 一 1) + e(k - 2)设app (灯= kpe(k)_e (k -1)apf(k)=kfe(k)apd(k) = kde(k) 一 2e伙 一 1) + e(k 一 2)所以有 m 伙)=、pp 伙)+ ap/ 伙)+伙)(31)增量

48、型pid运算子程序流程图3.2所示.图3.2增量型pid运算子程序流程图正作用时,e(k)=m(k)-p(k),反作用时则e(k)=r(k)-m(k)程序地其他部分不变.3.3.4 pid参数命令设置当控制器接收到上位机发送地pid参数后，设置相应参数，设置完成后发成功命令响应.见表3.1.表3.2数据信息:pid参数字节顺序位顺序内容说明第1,2字节p参数定点小数，第-字节整数部分，第二字节小数第3,4字节i参数定点小数，第一字节整数部分，第二字节小数第5,6字节d参数定点小数，第一字节整数部分，第二字节小数该数据信息为6字节地数据信息主要体现pid参数在数据场中地字节顺序.第四章 基于vc

49、+地现场总线can设计4.1 can函数库中地数据结构体定义结构体就是一个可以包含不同数据类型地一个结构，它是一种可以自己定义 地数据类型，它地特点和数组主要有两点不同，首先结构体可以在一个结构中声明 不同地数据类型，第二相同结构地结构体变量是可以相互赋值地，而数组是做不到 地，因为数组是单一数据类型地数据集合,它木身不是数据类型（而结构体是），数组 名称是常量指针，所以不可以做为左值进行运算，所以数组之间就不能通过数组名 称相互复制了，即使数据类型和数组大小完全相同.下面是本设计中所涉及地 can库函数中地数据结构体.第一,vci_boardnfo结构体包含zlgcan系列接口卡地设备信息.

50、结构 体将在vci_readboardinfo函数中被填充.typedef struct _vci_board_info ushort hw_version;ushort fw version;ushort dr version;ushort in version;ushort irq_num;byte can_num;char str_serial_num20j;char str hw_type40;ushort reserved4; vci board info, *pvci board info;hw version硬件版本号，用16进制表示.比如0x0100表示v1.00.fw ver

51、sion固件版本号，用16进制表示.dr_version驱动程序版本号用16进制表示.in_version接口库版本号，用16进制表示.irq_num板卡所使用地中断号.can_num表示有几路can通道.str serial num此板卡地序列号.str_hw_type硬件类型，比如“usbcan v1.0(t (包括字符串结束符'(t). reserved系统保留.第二vci_c an_ob j结构体在v ci_transmit和vci_recei ve函数中被用来传 送can信息帧.typedef struct vci can obj uint id;uint timestamp

52、;byte timeflag;byte sendtype;byte remoteflag;byte extemflag;byte datalen;byte data8;byte reserved3; vci can obj, *pvci can obj;id报文id.timestamp接收到信息帧时地时间标识，从can控制器初始化开始计时.timeflag是否使用时间标识，为1时timestamp有效,timeflag和timestamp 只在此帧为接收帧时有意义.sendtype发送帧类型,=0吋为正常发送,=1时为单次发送,=2时为自发自 收,=3时为单次自发自收，只在此帧为发送帧时有意义

53、.remoteflag是否是远程帧.externflag是否是扩展帧.datalen数据长度(v=8),即data地长度.data报文地数据.第三,vci_canstatus结构体包含can控制器状态信息.结构体将在 vcireadcanstatus函数中被填充.typedef struct _vci_can_status uchar errlntermpt;uchar regmode;uchar regstatus;uchar regalcapture;uchar regeccapture;第四,vci_err_inf o结构体用于装载vci库运行时产生地错误信息.结构体 将在v cirea

54、derrlnfo函数中被填充.typedef struct err info uint errcode;byte passive_errdata3;byte arlost errdata; vci_err_info, *pvci_err_info;acccode验收码.accmask屏蔽码.reserved 保留.filter滤波方式.timingo 定吋器0 (btro).timing 1 定时器 1 (btr1)mode模式.第五,chgdesipandport结构体用于装载更改canet-e地目标ip和端口 地必要信息.此结构体在canete-e中使用.typedef struct ta

55、gchgdesipandportchar szpwd10;char szdesip20j;int desport;byte blisten; chgdesipandportszpwd10更改目标ip和端口所需要地密码，长度小于10,比如为 “11223344".szdesip20所要更改地目标ip,比如为“19268.0.111".desport所要更改地目标端口，比如为4000.blisten所要更改地工作模式,0表示正常模式,1表示只听模式.4.2 can接口库函数函数库是由系统建立地具有一定功能地函数地集合.库中存放函数地名称和 对应地目标代码，以及连接过程中所需地重

56、定位信息.用户也可以根据自己地需要 建立自己地用户函数库.连接程序，将编译程序生成地n标文件连接在一起生成一 个可执行文件，本设计初始化can所涉及地库函数如下.1.打开can设备函数dword _stdcall vci_opendevice（dword devtype, dword devlndex,dword reserved）;devtype设备类型号.devlndex设备索引号，比如当只有一个pci5121i3寸，索引号为0,有两个时可为 0或1.（注：当为can232时,0表示要打开地是com1,1表示要打开 地是com2.）reserved当设备为can232时，此参数表示为用以打开串口地波特率,可以为 2400,4800,9600,14400,19200,28800,57600.当设备为 canete-e 时, 此参数表示要打开地本地端口号,建议在5000到40000范围内取值. 当为其他设备吋此参数无意义.返回值 为1表示操作成功,0表示操作失败.2.关闭can设备函数dword _stdcall vci_close