時(shí)間：2023-05-08 18:11:47
導(dǎo)語：在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
1.1LED和鍵盤設(shè)計(jì)
為了能夠?qū)崿F(xiàn)人與機(jī)器的對(duì)話，單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了3*4鍵盤以及4*8LED數(shù)碼管，人們可以直接對(duì)其進(jìn)行控制。該系統(tǒng)通電后，通過鍵盤輸入控制步進(jìn)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、啟動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)方向等，由LED管動(dòng)態(tài)清晰顯示步進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)速。器件8279能夠控制系統(tǒng)鍵盤的輸入以及LED的輸出，進(jìn)而減少單片機(jī)工作的承載，8279在控制系統(tǒng)工作的過程中，將鍵盤輸入的信息進(jìn)行掃描，利用其抖功能，避免事故的發(fā)生。（下圖為L(zhǎng)ED和鍵盤模塊）
1.2放大和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
邏輯轉(zhuǎn)換器是步進(jìn)機(jī)控制過程中的脈沖分配器，其是CMOS集成電路，其輸出的源電流為20毫安，能夠應(yīng)用于三相以及四相步進(jìn)機(jī)，其工作可以選擇以下6種激進(jìn)方式進(jìn)行控制；其中，對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)有1、2、1-2相；對(duì)于四相步進(jìn)電機(jī)有1、2、1-2相，其輸入的方式有單、雙時(shí)鐘選擇方式，其具有正向控制、方向控制、監(jiān)視原點(diǎn)、初始化原位等功能。PMM8713器件主要由激勵(lì)方式判斷、控制以及時(shí)鐘設(shè)置等部分組成，所有的輸入端都設(shè)置有秘制的電路，進(jìn)而提高抗外界干擾的能力。PMM8713輸出能夠接受功率驅(qū)動(dòng)電路，其通過驅(qū)圖1LED和鍵盤模塊動(dòng)器，輸出最大的工作電流，以滿足電機(jī)工作的需求。單片機(jī)通過調(diào)節(jié)相關(guān)端口的脈沖信號(hào)，控制步進(jìn)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)轉(zhuǎn)方向以及運(yùn)轉(zhuǎn)速度等。
2單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2.1單片機(jī)程序設(shè)計(jì)
通過中斷脈沖信號(hào)，計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)步數(shù)以及圈數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行記錄；實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速速的控制；采用端口的中斷程序關(guān)閉其相關(guān)程序，將電機(jī)控制在停機(jī)狀態(tài)；通過中斷電機(jī)的開啟部位，將其轉(zhuǎn)換到運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)行；PMM8713的U和D端口通過輸出高電平，達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向的目的；8279將其接口與自身的8個(gè)數(shù)據(jù)連接口進(jìn)行連接，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行到鍵盤部位時(shí)，采用相關(guān)端口中斷其工作狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到控制步進(jìn)機(jī)的啟動(dòng)、停止、速度以及方向等，并將其反饋給8279，利用LED將其顯示，明確其運(yùn)轉(zhuǎn)的速度以及方向。
2.2PC上位機(jī)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)PC上位機(jī)的主要目的就是控制步進(jìn)電機(jī)，利用單片機(jī)中相關(guān)部位，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)的對(duì)話，其利用單片機(jī)發(fā)出執(zhí)行命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的有效控制。其中，單片機(jī)接受的執(zhí)行命令會(huì)存儲(chǔ)在相關(guān)軟件中，其與儲(chǔ)存在片內(nèi)的Flash的相關(guān)地址進(jìn)行比較，不沖突的信息就儲(chǔ)存在其中，如與其中儲(chǔ)存的信息發(fā)生沖突，就會(huì)自動(dòng)中斷，有效的保護(hù)電機(jī)的正常運(yùn)行。同時(shí)，此軟件在運(yùn)行的過程中，應(yīng)該對(duì)晶振中的USART模塊進(jìn)行設(shè)置，其相關(guān)的控制軟件由VB6.0對(duì)其進(jìn)行編寫，采用MSComm軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊。
3結(jié)語
福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中以示范農(nóng)場(chǎng)位于福州市晉安區(qū)新店鎮(zhèn)埔檔村，于2013年10月引進(jìn)以色列設(shè)備及技術(shù)，建成3500耐以上的玻璃溫室大棚，建成投人使用1年來運(yùn)行良好?，F(xiàn)將該玻璃溫室大棚的自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，及其應(yīng)用于無土基質(zhì)設(shè)施栽培的管理經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下。
1自動(dòng)化控制玻璃溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1玻璃溫室大棚自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)材料和結(jié)構(gòu)
玻璃溫室是以透明玻璃為覆蓋材料的溫室，透光率一般為60%一70%。溫室的骨架為鍍鋅鋼管，門窗框架、屋脊為鋁合金輕型鋼材，肩高約8ma大棚管理系統(tǒng)采用JPK-013型自動(dòng)化控制系統(tǒng)。開啟電腦，輸入用戶名及密碼，在桌面點(diǎn)擊海峽農(nóng)業(yè)示范園控制系統(tǒng)圖標(biāo)，點(diǎn)擊特殊菜單，點(diǎn)擊登錄“開”，彈出對(duì)話框，再次輸人另外一個(gè)用戶名及密碼，就可進(jìn)行參數(shù)操作設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)束后，下拉特殊菜單，點(diǎn)擊退出“關(guān)”。把目標(biāo)溫度設(shè)計(jì)為300C，降溫需求百分比為10%。
1.2系統(tǒng)功能及操作設(shè)計(jì)方案
1.2.1夏、秋季的操作設(shè)計(jì)方案根據(jù)南方夏、秋季需要降溫的要求設(shè)計(jì)操作方案。
1.2.2冬、春季的操作設(shè)計(jì)方案根據(jù)南方冬、春季的氣候特點(diǎn)設(shè)計(jì)保溫操作方案。
2玻璃溫室大棚自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)管理要點(diǎn)
2.1水肥機(jī)一體化系統(tǒng)管理
水肥機(jī)由以色列Galcon公司提供。操作步驟:電腦開機(jī)一桌面一點(diǎn)擊Client系統(tǒng)一點(diǎn)擊Mixero
2.2分區(qū)設(shè)計(jì)管理
2.2.1水肥機(jī)一體化分區(qū)管理將整個(gè)溫室分成6個(gè)水肥灌溉區(qū)域，即與電腦連接的6個(gè)水閥所控制的灌溉區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)獨(dú)立的單元。區(qū)域布置見圖to水肥機(jī)裝肥料母液的肥料桶共7個(gè)桶，A,B液各3個(gè)桶，另外1個(gè)酸液桶，分為3個(gè)組別，酸液桶共用。針對(duì)不同作物，每組的肥料母液可以有所區(qū)別。A桶(Fert.1)和B桶(Fert.2)吸量都設(shè)為5.0L/m3，酸液(Fert.3)吸量設(shè)為3.5I}/m3。1區(qū)、2區(qū)種植瑞豐番茄，2014年5月31日移植;3區(qū)種植金玉滿堂番茄，4區(qū)種植串串紅鈴番茄，3區(qū)、4區(qū)均為5月22日移植。從移植到7月2日每天灌溉1次，清晨5:00開始滴灌，時(shí)間為10mino7月2日開始增加為4次，每次3min。因?yàn)?區(qū)、4區(qū)結(jié)果多，植株細(xì)弱，7月6日再增加1次，即3區(qū)、4區(qū)結(jié)果期每天灌溉5次，每次3mino5區(qū)、6區(qū)分別種植金石王1號(hào)和金玉滿堂番茄，2013年11月9日移植，前期灌溉同3區(qū)、4區(qū)，因結(jié)果盛期需肥水較多，增至每天7次(表3)。
2.2.2各區(qū)域的項(xiàng)目編號(hào)綁定及灌溉時(shí)間表(Irri-gationProgramNo.)設(shè)計(jì)各區(qū)域的電腦識(shí)別代碼及灌溉時(shí)間表設(shè)計(jì)見表30
2.3灌溉時(shí)間等數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)及修改
在Mixer的圖案里，點(diǎn)擊IrrigationProgramNo.，在左上角白色框格里輸入所要修改或設(shè)定的項(xiàng)目編號(hào)(ProgramNo.)，回車，再在左上角白色框格的左邊，點(diǎn)擊鎖匙(解鎖)，選擇要修改的數(shù)據(jù)，輸人要修改的數(shù)據(jù)，全部修改完畢，再次點(diǎn)擊解鎖，點(diǎn)擊確定(sure)完成修改。其他項(xiàng)目的修改過程同樣。
2.4所需EC,pH值的修改及其感應(yīng)器校準(zhǔn)
點(diǎn)擊FertilizationPrograms，在肥料項(xiàng)目號(hào)7,8,9欄目?jī)?nèi)修改各種植區(qū)所需的灌溉水肥的EC,pH值。2014年種植番茄，1,2,3,4區(qū)的EC值設(shè)置為1.5ms/cm,爪6區(qū)盛果期設(shè)置為2.0ms/cm;pH值都設(shè)置為5.7。當(dāng)發(fā)現(xiàn)水肥機(jī)上的EC,pH值有偏差時(shí)，要用標(biāo)準(zhǔn)液來進(jìn)行校準(zhǔn)。
2.5洗鹽
點(diǎn)擊右上角IrrigationPrograms進(jìn)人操作界面，點(diǎn)擊ProgramSettings進(jìn)入灌水?dāng)?shù)據(jù)界面。程序號(hào)(Prog.No)要選擇灌溉肥料沒用過的空白號(hào)。優(yōu)先權(quán)(PrioritySetup)選擇low。灌溉間隔天數(shù)(Irri.Cycledays)選擇1d，時(shí)間單位(Irri.Unit)為min;灌水量(Quantity)為持續(xù)灌水60min，肥料(Fert.Prog)填寫0。開始(StartTime)寫0:O1，結(jié)束寫23;59;各區(qū)的間隔灌溉時(shí)間(Duratior)寫250min(洗鹽1輪60x4為240min，其間休息10min。這就是洗鹽1d的循環(huán)模式。
2.6過濾器清洗
每個(gè)肥料母液桶下面都有1個(gè)過濾器，選擇在沒有灌溉的時(shí)間段里，關(guān)閉水肥母液桶的開關(guān)，把過濾器小心擰開，用清水沖洗過濾片，干凈為止。然后在灌溉之前裝回，打開水肥開關(guān)。水肥機(jī)后面也有1個(gè)過濾器。
2.7混合桶溢水問題的解決
灌溉是邊混合水肥邊進(jìn)行灌溉，如果遇到突然停電，等來電時(shí)，電腦不知道混合桶的水肥該往哪個(gè)區(qū)走。因此，當(dāng)看到混合桶溢水時(shí)，應(yīng)立即手工把混合桶里的水肥舀出1/2。
3小結(jié)
供電系統(tǒng)設(shè)置5臺(tái)電源,每臺(tái)電源通過2臺(tái)切換柜與負(fù)載連接,共計(jì)15臺(tái)設(shè)備。在電源發(fā)生故障時(shí),切換柜負(fù)責(zé)工作電源、備用電源和檢修電源的切換,保證主機(jī)的連續(xù)供電,保障主機(jī)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。切換柜除擔(dān)負(fù)切換電源工作外,還負(fù)責(zé)啟停電源以及投切補(bǔ)償電容和短接(消除反電動(dòng)勢(shì))。
2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)底層為DP從站,由15臺(tái)設(shè)備主控制器PLCCPU模塊組成,通過PLC擴(kuò)展模塊采集設(shè)備內(nèi)供電參數(shù)信號(hào)和部件狀態(tài)信號(hào),由PLCCPU模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理后向主站發(fā)送。網(wǎng)絡(luò)中間層為DP主站。主站通過1個(gè)PLCCPU模塊與15個(gè)從站CPU模塊組成1主15從的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。主站不僅收集所有從站上傳的數(shù)據(jù),還將這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)接口上傳至供電監(jiān)控系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)上層為供電監(jiān)控系統(tǒng)。利用主站預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)Profinet接口,監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以工業(yè)以太網(wǎng)形式進(jìn)行供電參數(shù)的采集。
3硬件選型
根據(jù)西門子300系列PLC在工業(yè)的應(yīng)用情況,其穩(wěn)定性和可靠性較高,通訊及數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大,適合復(fù)雜的邏輯控制設(shè)計(jì),滿足本文通訊及切換的控制。從站選用西門子CPU313C-2DP模塊,該CPU自帶1個(gè)DP接口及32點(diǎn)DI/DO通道。作為DP從站具備直接數(shù)據(jù)交換功能,可實(shí)現(xiàn)從站之間的通訊功能。系統(tǒng)主站選用西門子314-2PN/DP,該CPU包括1個(gè)DP接口和2個(gè)Profinet網(wǎng)絡(luò)接口,主站DP接口與從站DP接口通過DP插頭并行連接,形成1主15從通訊網(wǎng)絡(luò)。通過Profinet網(wǎng)絡(luò)接口可將主站數(shù)據(jù)上傳至供電監(jiān)控系統(tǒng)。作為DP主站最大數(shù)據(jù)輸入量為2003個(gè)字節(jié),根據(jù)從站上傳數(shù)據(jù)量的統(tǒng)計(jì),主站滿足主從通訊運(yùn)行要求。314C-2PN/DP最大數(shù)據(jù)輸出量為2010個(gè)字節(jié)。
4直接數(shù)據(jù)通信硬件設(shè)置
從站直接數(shù)據(jù)通信根據(jù)供電系統(tǒng)電源與切換柜連接關(guān)系進(jìn)行硬件組態(tài),發(fā)送從站地址實(shí)際為該從站主從通訊上傳數(shù)據(jù)所設(shè)定的起始地址,組態(tài)時(shí)只需設(shè)定接收從站地址,并根據(jù)數(shù)據(jù)量規(guī)定數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。直接數(shù)據(jù)通信只需在接收從站進(jìn)行硬件組態(tài)。按照供電系統(tǒng)控制方式,電源與切換柜之間聯(lián)絡(luò)信號(hào)為:啟動(dòng)信號(hào)(來自切換柜)、啟動(dòng)完成信號(hào)(來自電源)、總故障信號(hào)(來自電源)。因此任意1臺(tái)電源與1臺(tái)切換柜通訊實(shí)際接收和發(fā)送聯(lián)絡(luò)控制信號(hào)分別為1個(gè)字節(jié),本次通訊設(shè)計(jì)1個(gè)工作電源從站向1個(gè)工作切換柜從站均發(fā)送32個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù),1個(gè)工作切換柜從站向1個(gè)工作電源從站發(fā)送32個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù),1個(gè)切換柜從站向1個(gè)檢修電源從站發(fā)送16個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù),1個(gè)電源從站向1個(gè)檢修切換柜從站發(fā)送40個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。直接數(shù)據(jù)通信只需在接收站從站進(jìn)行硬件組態(tài)。
5直接數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
因?yàn)橹苯訑?shù)據(jù)通信中發(fā)送從站地址實(shí)際是主從通訊發(fā)送從站通信區(qū)的發(fā)送起始地址,因此只需在接收從站進(jìn)行程序的編寫。數(shù)據(jù)塊(DB):根據(jù)不同的發(fā)送從站在接收從站建立相應(yīng)接收數(shù)據(jù)塊,數(shù)據(jù)塊大小為32個(gè)字節(jié),存放相應(yīng)接收的數(shù)據(jù)。功能塊(FC):調(diào)用系統(tǒng)功能塊SFC14,將接收區(qū)數(shù)據(jù)解包到指定數(shù)據(jù)塊中。發(fā)送從站除發(fā)送控制信號(hào)外,還向接收從站發(fā)送模擬量信號(hào)。組織塊(OB1):調(diào)用功能塊(FC)。
6結(jié)語
1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
多級(jí)水泵房自動(dòng)化排水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖I所不。該系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即信息層、控制層、設(shè)備層川。信息層由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、Web服務(wù)器、防火墻、客戶端等組成?？刂茖佑擅總€(gè)水泵房的PLC控制系統(tǒng)、觸摸屏、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)等設(shè)備組成，通過光纖工業(yè)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通信。設(shè)備層由水泵開關(guān)柜、電動(dòng)閘閥、電動(dòng)球閥、壓力傳感器、水位傳感器、溫度傳感器、電量變送器等組成。
1.2系統(tǒng)主要功能
多級(jí)水泵房自動(dòng)化排水控制系統(tǒng)用于對(duì)8個(gè)水泵房的水泵及27臺(tái)多級(jí)離心泵進(jìn)行自動(dòng)化控制，系統(tǒng)主要包括以下功能。
(1)采集數(shù)據(jù)。系統(tǒng)口1一采集水倉水位，出日壓力，電動(dòng)機(jī)電壓、電流、功率，水泵溫度，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，故障狀態(tài)，閘閥位置信號(hào)，管道液位等數(shù)據(jù)。
(2)提高水泵效能。系統(tǒng)自動(dòng)記錄并累計(jì)水泵運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)，按一定規(guī)律自動(dòng)啟停水泵，使各水泵及其管路的使用率均勻分布。當(dāng)水泵在啟動(dòng)或運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止故障水泵并投人備用水泵排水，實(shí)現(xiàn)水泵自動(dòng)輪值工作，防止備用水泵長(zhǎng)期不用造成損耗。系統(tǒng)還口1根據(jù)管路效率、水泵效率、電動(dòng)機(jī)效率、排水系統(tǒng)效率等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)在效率最高狀態(tài)下排水。
(3)避峰填谷。系統(tǒng)根據(jù)水倉水位以及谷段、峰段供電電價(jià)時(shí)間段等因索，建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)水位和用電負(fù)荷，在用電低峰和電價(jià)在谷段時(shí)開啟水泵，用電高峰和電價(jià)在峰段時(shí)停止水泵運(yùn)行，以達(dá)到避峰填谷及節(jié)能的目的。水倉水位在超高水位時(shí)，自動(dòng)開啟水泵，防止水倉溢水。
(4)保護(hù)及故障報(bào)警。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或傳感器監(jiān)測(cè)點(diǎn)報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)作出相應(yīng)的停機(jī)處理。監(jiān)控計(jì)算機(jī)上發(fā)出相應(yīng)的文字及語音報(bào)警信號(hào)，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)警信號(hào)，在低段、高段水位分段報(bào)警。系統(tǒng)還口1一自動(dòng)顯不、記錄或打印故障性質(zhì)、故障地點(diǎn)及故障發(fā)生時(shí)間。
(5)曲線報(bào)表及動(dòng)態(tài)圖形顯不。系統(tǒng)口1一自動(dòng)生成電量統(tǒng)計(jì)、故障記錄、操作記錄、運(yùn)行記錄報(bào)表及水位曲線、溫度曲線、壓力曲線，并口1一通過圖形動(dòng)態(tài)顯不水泵運(yùn)行狀態(tài)，顯不水倉水位、水泵溫度及電動(dòng)機(jī)電流、電壓、功率等參數(shù)。
(6)系統(tǒng)有無人值守、遠(yuǎn)程自動(dòng)、手動(dòng)檢修、井下自動(dòng)(一鍵啟停))2種工作模式。
(7)每臺(tái)水泵口1設(shè)置運(yùn)行、備用、檢修3種工作方式Al一直接通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)定。
(8)系統(tǒng)為八級(jí)泵房接力式排水，相鄰上下級(jí)水泵房之間存在聯(lián)動(dòng)關(guān)系。系統(tǒng)在無人值守模式下口1根據(jù)上下級(jí)水泵房水倉水位及開泵臺(tái)數(shù)自動(dòng)決定本水泵房開停水泵臺(tái)數(shù)。
(9)系統(tǒng)通過Web服務(wù)器將監(jiān)控imp面到局域網(wǎng)，用戶在客戶端登錄后口1一對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2系統(tǒng)關(guān)鍵問題及解決方案
2.1水泵引水方式
煤礦水泵房大多采用多級(jí)離心泵進(jìn)行排水，大多數(shù)情況下水倉水位低于離心泵軸，因此不能采用自灌方式引水。該情況下一般采用2種引水方式:①在吸人管末端加裝底閥，采用排水管路IA!水或地面引人水管直接向水泵注水，該方式需要克服底閥的阻力，水泵工作效率低。②采用抽真空方式。抽真空方式可通過射流泵將泵體的空氣排出，該方式要求非常高的水流噴射速度，但多級(jí)水泵房進(jìn)行接力式排水，上下級(jí)水泵房之間的落差較小，無法提供快速的噴射水流，如果從地面引高壓水進(jìn)行射流，則實(shí)施難度大，投資成本高;也可通過真空泵抽真空，該方式首先需要運(yùn)行真空泵，將泵體內(nèi)的空氣排出，待負(fù)壓滿足要求后再開啟水泵，另外需要安裝檢測(cè)設(shè)備，投資較大，控制節(jié)點(diǎn)多，加大了系統(tǒng)維護(hù)量，同時(shí)易導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。本系統(tǒng)采用引水罐的水泵引水方式，如圖2所不。引水罐底部與水泵連通，引水罐頂部與吸水管相連，引水罐和水泵提前灌滿水。當(dāng)水泵啟動(dòng)時(shí)，泵殼內(nèi)的水被甩出，引水罐內(nèi)的水及時(shí)補(bǔ)充到泵殼內(nèi)，使引水罐內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓狀態(tài)。水倉內(nèi)的水在大氣壓力作用下，通過吸水管流進(jìn)引水罐及泵殼內(nèi)，在離心力作用下完成排水。引水罐在某些情況下會(huì)出現(xiàn)水位降低情況，無法滿足開泵引水的要求。鑒此，設(shè)計(jì)了引水罐自動(dòng)補(bǔ)水功能，在電動(dòng)閘閥和引水罐罐體之間安裝補(bǔ)水電動(dòng)球閥，在引水罐側(cè)面安裝管道液位計(jì)，實(shí)時(shí)檢測(cè)罐體內(nèi)的液位高度。開泵前，系統(tǒng)首先檢測(cè)罐體內(nèi)水位是否達(dá)到開泵水位要求，如果末達(dá)到則自動(dòng)開啟補(bǔ)水電動(dòng)球閥，罐體內(nèi)的水充滿后，自動(dòng)關(guān)閉補(bǔ)水電動(dòng)球閥，進(jìn)人自動(dòng)開泵流程。實(shí)踐證明，采用引水罐的水泵引水方式較傳統(tǒng)的注水和抽真空方式具有更高的穩(wěn)定性和口1靠性。
2.2多級(jí)聯(lián)動(dòng)功能
上下級(jí)水泵房之間每臺(tái)水泵的開停具有復(fù)雜的聯(lián)動(dòng)關(guān)系。在無人值守模式下，系統(tǒng)需要根據(jù)每個(gè)水倉的水位變化及開泵數(shù)量實(shí)現(xiàn)水泵聯(lián)動(dòng)開停。在西門子S"I}FP7編程軟件硬件組態(tài)NetPr沙幾’中配置本地PLC與上下級(jí)PLC的通信協(xié)議及地址，在()1335中調(diào)用FC5,FC6模塊實(shí)現(xiàn)相鄰2個(gè)水泵房PLC之間數(shù)據(jù)(包括水泵運(yùn)行狀態(tài)、水位高低標(biāo)志、水倉水位等)的發(fā)送及接收。多級(jí)聯(lián)動(dòng)程序流程如圖3所不，無人值守模式程序流程如圖生所不。
3結(jié)語
1.1下位從控機(jī)
因?yàn)橄到y(tǒng)中的每一個(gè)倉室運(yùn)行中所承受的負(fù)荷都時(shí)不同的，所以在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，現(xiàn)場(chǎng)控制的時(shí)候就需要除塵設(shè)備的每一個(gè)艙室都能夠獨(dú)立的運(yùn)行，這樣就可以保證一個(gè)倉室出現(xiàn)故障的時(shí)候，系統(tǒng)還可以維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在對(duì)設(shè)備進(jìn)行設(shè)置的過程中還要能夠根據(jù)運(yùn)行的需要去更改設(shè)備的某些控制參數(shù)，同時(shí)每一個(gè)倉室都應(yīng)該有一個(gè)可以對(duì)倉室運(yùn)行情況進(jìn)行反饋的裝置，這樣就可以讓每一個(gè)倉室都可以獨(dú)立完成噴吹操作，這是因?yàn)?，每個(gè)倉室所承受的負(fù)荷不同也會(huì)使得相應(yīng)的噴吹參數(shù)也產(chǎn)生非常大的變化。每個(gè)倉室在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中也應(yīng)該設(shè)置不同的控制模式。為了讓現(xiàn)場(chǎng)的工作人員進(jìn)行手動(dòng)除塵的時(shí)候可以更加的方便，手動(dòng)控制器上要設(shè)置一個(gè)可以控制開關(guān)的磁閥，這樣就可以在出現(xiàn)緊急狀況的情況下及時(shí)的通過這個(gè)閥門對(duì)倉室進(jìn)行控制。當(dāng)然也可以按照所有倉室之間具體的壓差情況進(jìn)行倉室的排序，對(duì)靠前的倉室要首先除塵，同時(shí)也可以按照壓差的具體情況對(duì)開閥的時(shí)間和噴吹的時(shí)間間隔進(jìn)行更加有效的控制，也可以對(duì)倉室的噴吹方式和噴吹的周期進(jìn)行有效的調(diào)整。
1.2上位主控機(jī)
上位主控制系統(tǒng)包括工廠中心控制室和值班室控制等。主控機(jī)作為分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的上位機(jī)管理層接入CAN網(wǎng)絡(luò)中.其主控機(jī)的設(shè)計(jì)功能包括：①遠(yuǎn)程監(jiān)控和設(shè)定功能。在使用的過程中，用戶可以憑借這一功能在主控機(jī)的工作室完成所有的控制工作，而且，上機(jī)位還可以借助網(wǎng)絡(luò)的力量對(duì)設(shè)備運(yùn)行的情況進(jìn)行異地監(jiān)控，在監(jiān)控的過程中，工作人員可以看到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的一切，同時(shí)這一系統(tǒng)中還設(shè)置了不同的用戶口令，這樣就很好的劃定了管理的范圍，更加有效的提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全。②趨勢(shì)變化分析功能。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，這一功能占據(jù)著非常重要的位置，上機(jī)位的管理功能就主要體現(xiàn)在了它可以經(jīng)過一定的程序你會(huì)指出除塵過程中設(shè)備運(yùn)行的趨勢(shì)曲線和報(bào)警記錄等非常重要的內(nèi)容，同時(shí)它還可以用不同的方式展現(xiàn)給相關(guān)的人員。③監(jiān)控功能，在除塵設(shè)備的阻力正常變化的情況下。人們通過肉眼也是可以看到煙霧的排放量不斷增加的，無論阻力是上升和還是下降，都證明局部的布袋出現(xiàn)了破損，而想要解決這一問題，最好的方法就是測(cè)量倉室內(nèi)外口的壓力差，這種壓差式的方式可以很好的減少噴吹的頻率，同時(shí)也對(duì)過濾袋產(chǎn)生了非常有效的保護(hù)作用，進(jìn)而也降低了設(shè)備運(yùn)行過程中的能源消耗，延長(zhǎng)了設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間和壽命。
2各模塊功能簡(jiǎn)介
2.1主控制器監(jiān)控部分
主控制器是系統(tǒng)的主要控制部分，本系統(tǒng)采用ARM芯片做主控芯片。晶振電路，電源電路，復(fù)位電路等構(gòu)成了ARM微處理器的最小系統(tǒng)運(yùn)行所需要的基本電路。ARM微處理器參與系統(tǒng)工作的全過程，它控制系統(tǒng)各個(gè)部分的啟動(dòng)、停止、控制等工作以及各部分運(yùn)行的協(xié)調(diào)。主機(jī)模塊是整個(gè)控制系統(tǒng)的大腦，它負(fù)責(zé)向觸摸屏輸入各種數(shù)據(jù)，還有讀取輸入狀態(tài)，并對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)給從控機(jī)進(jìn)行操作，它還接收從控機(jī)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)除塵設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視，接收下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后通過控制程序，發(fā)送有效的控制信號(hào)，為適合不同工作環(huán)境，調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)工作參數(shù)，并且顯示現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)功能包括報(bào)錯(cuò)、顯示以及控制等，負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)顯示、設(shè)置以及故障提示，初始化完成后系統(tǒng)運(yùn)行過程的故障提醒，和對(duì)數(shù)據(jù)的查詢等。其中報(bào)錯(cuò)通過蜂鳴聲、LED光和屏幕閃爍報(bào)錯(cuò)，并提供故障信息。假如某一分系統(tǒng)運(yùn)行故障或程序出錯(cuò)將在顯示屏上顯示出錯(cuò)信息，同時(shí)通過蜂鳴聲報(bào)警和LED光閃爍提示。在數(shù)據(jù)采集完成后可以通過觸摸屏來查詢處理過的參數(shù)數(shù)值，并可修改設(shè)置。
2.2從控機(jī)數(shù)據(jù)采集與動(dòng)作執(zhí)行部分
壓差傳感器用來比較從進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口兩個(gè)地方傳輸過來的氣壓值，進(jìn)風(fēng)口的氣壓值一般來說不變，隨著濾袋灰塵加厚出風(fēng)口的氣壓值會(huì)減小，可以設(shè)定一個(gè)壓差值即在出風(fēng)口氣壓值和進(jìn)風(fēng)口氣壓值相差為多少時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出信號(hào)，要求開通電磁閥進(jìn)行噴吹除塵?？梢哉f壓差采集電路相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的觸手，觸手的感覺是否準(zhǔn)確，靈敏，決定了控制系統(tǒng)處理信號(hào)的準(zhǔn)確度和反應(yīng)速度，因此這部分在系統(tǒng)中極為重要。
2.3CAN總線實(shí)現(xiàn)從機(jī)與主機(jī)的連接
CAN總線是一種串行通信網(wǎng)絡(luò)，它能實(shí)現(xiàn)分布式與實(shí)時(shí)控制，可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)或者全局廣播的方式通信；CAN總線通信距離非常遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)可達(dá)到10km，并且保證速率為5Kb/s以上，在距離為40m時(shí)最高速率可以達(dá)到1Mb/s，由于目前CAN收發(fā)器的驅(qū)動(dòng)能力有限，最多只能掛接110個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，但已經(jīng)夠用了。CAN通信方式中，我們主要考慮實(shí)時(shí)性和抗干擾性。CAN節(jié)點(diǎn)的抗干擾設(shè)計(jì)中需要收發(fā)器與控制器之間的光耦隔離、連接線間電容、信號(hào)濾波等，對(duì)傳輸介質(zhì)也有一些考慮因素如：線長(zhǎng)、波特率、抗外界干擾、有效電阻等。按照CAN總線的長(zhǎng)度計(jì)算傳輸速率，確定通訊周期，看是否符合性能要求來調(diào)整線的長(zhǎng)度、連接方式和總線上的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。
3結(jié)語
RFID技術(shù)，即射頻識(shí)別技術(shù)，是一種不需要實(shí)際物理接觸即可自動(dòng)完成目標(biāo)識(shí)別的高新技術(shù)，具有可靠性高、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、標(biāo)簽內(nèi)容可讀寫及高性價(jià)比等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來被廣泛應(yīng)用于物流、運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)和智能交通等領(lǐng)域。該系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)將能很好地完善城市交通信息感知體系，有著很顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。（1）路側(cè)設(shè)備安裝簡(jiǎn)單、部署范圍廣，不會(huì)有應(yīng)用“死角”的存在；（2）車載設(shè)備只有一張電子標(biāo)簽，不會(huì)涉及車輛改裝等復(fù)雜問題；（3）可以實(shí)現(xiàn)車輛定位、車速測(cè)量、交通狀態(tài)判別等多種功能；（4）具有谷歌地圖顯示、表格顯示、文本顯示等多樣化顯示功能；（5）設(shè)備成本低、經(jīng)濟(jì)效益好。
2基于RFID的智能交通控制系統(tǒng)功能模塊電路設(shè)計(jì)
2.1電源模塊
控制器主板可使用12/5V兩套供電電源，但AT91RM9200多工作于3.3V，因而，其他的器件在也應(yīng)為3.3V。電源系統(tǒng)的變換開關(guān)為AC/DC型，功率為10瓦，其電壓輸入在156VCA至265VCA之間，開關(guān)電源輸出+12V、+5V，其他電源電壓則通過三端穩(wěn)壓芯片產(chǎn)生，其中，+5V電源通過兩個(gè)三端可調(diào)穩(wěn)壓芯片LT1085產(chǎn)生+1.8V和+3.3V，從而為ARM處理器及相應(yīng)的電路供電。LT1085芯片通過選擇兩個(gè)合適的電阻能夠輸出的電壓范圍為1.2V至15V，例如+3.3V=1.25V×(1+R322/R323)。
2.2RTC模塊
在通訊、干線或者區(qū)域協(xié)調(diào)控制中，交通的控制器還要通過對(duì)等的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行同步，為了能夠確保時(shí)間的同步，需要設(shè)計(jì)RTC對(duì)時(shí)間進(jìn)行校對(duì)。RTC既能夠提供可以進(jìn)行編程的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，還能夠在斷電之后立刻啟動(dòng)備用電源。
2.3復(fù)位電路
AT91RM9200處理器有NRST以及NTRST復(fù)位信號(hào)，這兩種復(fù)位信號(hào)中，前者用于系統(tǒng)的復(fù)位，而后者則用于JTAG/ICE復(fù)位，能夠?qū)μ幚砥髦械腎CETAP控制器初始化，從而使得連硬件仿真器在進(jìn)行初期調(diào)試時(shí)更為便捷。在所有時(shí)間段，復(fù)位信號(hào)僅僅有一個(gè)有效的，都能夠讓ARM處理復(fù)位并且將復(fù)位向量指向的地址處開始執(zhí)行程序。
2.4功率驅(qū)動(dòng)電路
功率驅(qū)動(dòng)電路用以進(jìn)行大功率交通信號(hào)燈的驅(qū)動(dòng)，采用了固態(tài)繼電器（SSR）。額定電流以及額定電壓分別為5A以及400VAC。固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)是直流+5V。外部的C208、R313組成浪涌吸收電路可用來保護(hù)固態(tài)繼電器不受損害。相比于雙向可控性，功率驅(qū)動(dòng)電路集成程度更好，穩(wěn)定性更好，但相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)也使得其造價(jià)較高，相對(duì)而言，價(jià)格更為昂貴。
2.5射頻信息采集模塊
摘要：1個(gè)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的水平高低，直接影響到控制的質(zhì)量；本文主要介紹了可編程序控制器（PLC）控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟，并對(duì)設(shè)計(jì)時(shí)每1個(gè)步驟要注意的問題作了1個(gè)簡(jiǎn)要說明；
關(guān)鍵詞：PLC；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)
需要的話可以聯(lián)系我們！ 畢業(yè)論文
上海交通大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：周燁斐日期：2007年1月25日
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上海交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)上海交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。學(xué)位論文作者簽名：周燁斐指導(dǎo)教師簽名：楊煜普日期：2007年1月25日日期：2007年1月25日
變頻調(diào)速協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要新型粗紗機(jī)在機(jī)械結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)傳動(dòng)以及電氣控制方面都有較大的改變，它除去了傳統(tǒng)粗紗機(jī)中的上、下錐輪，差速器，龍筋升降傳動(dòng)部件和成型機(jī)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)變得大為簡(jiǎn)化。新型粗紗機(jī)采用PLC控制四臺(tái)變頻器，分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)錠翼、羅拉、筒管和龍筋的電機(jī)來實(shí)現(xiàn)高效高質(zhì)紡紗。機(jī)械結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化雖然可以在很多方面提高粗紗機(jī)的性能和穩(wěn)定性，但是羅拉、錠翼、筒管、龍筋四個(gè)電機(jī)的同步控制成了整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，從而粗紗的張力控制也成了最需要解決的問題。如何設(shè)計(jì)一個(gè)全新的控制系統(tǒng)來代替原先機(jī)械傳動(dòng)部分，實(shí)現(xiàn)和超越其功能是新型四電機(jī)粗紗機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和核心部分。張力控制的好壞決定著新型粗紗機(jī)能夠開發(fā)成功。針對(duì)以上的關(guān)鍵和難點(diǎn)，本文從硬件和軟件系統(tǒng)兩方面來闡述解決方案，并且著重對(duì)張力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的分析。在硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，本文首先對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)做了個(gè)簡(jiǎn)要說明；在電氣系統(tǒng)方案方面，我們選擇了由工控機(jī)、PLC、矢量
變頻基礎(chǔ)傳動(dòng)、光電傳感器組成的系統(tǒng)，其中，工控機(jī)為綜合監(jiān)控系統(tǒng)，人機(jī)界面采用WINCC來設(shè)置紡織工藝參數(shù)，監(jiān)控整車的運(yùn)行和故障狀態(tài)，它通過MPI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和PLC進(jìn)行通訊；PLC是實(shí)時(shí)控制的核心，獲取粗紗位置光電傳感器的檢測(cè)值，并通過PROFIBUS-DP總線和四臺(tái)矢量變頻器進(jìn)行通信，讀取矢量變頻器中各電機(jī)的速度，計(jì)算出各個(gè)電機(jī)的理論速度，然后向矢量變頻器發(fā)送指令，設(shè)置各變頻電機(jī)的速度，從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。由于變頻器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的重要性，本文又對(duì)變頻器的選擇以及其與PLC的通訊作了一個(gè)詳細(xì)的描述。在硬件結(jié)構(gòu)搭建完畢的基礎(chǔ)上，本文在對(duì)控制對(duì)象分析后提出了張力控制方案。張力控制方案主要包括兩方面：一、張力軟測(cè)量模型。該模型的主要作用就是取代原先機(jī)械錐輪，根據(jù)實(shí)時(shí)的徑向線密度調(diào)整卷繞直徑，從而調(diào)整四電機(jī)的速度，改善其同步性。并且該模型具有自學(xué)的功能，使得該模型能夠適應(yīng)多種不同的機(jī)型，從而超越了機(jī)械錐輪的功能，有著更加廣泛的應(yīng)用。二、張力控制算法。該算法建立在軟測(cè)量模型的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化過的閉環(huán)控制算法，不斷地調(diào)整徑向線密度，并且使其趨于穩(wěn)定。這兩方面相輔相成，從而使張力控制達(dá)到最優(yōu)化。最后本文對(duì)整個(gè)軟件系統(tǒng)作了分析，對(duì)軟件的主要模塊分開剖析，概述了模塊與模塊之間的關(guān)系，并且對(duì)最為復(fù)雜的幾個(gè)模塊進(jìn)行仔細(xì)闡述，使得本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路躍然紙上。通過合理的硬件系統(tǒng)，周詳?shù)能浖到y(tǒng)和創(chuàng)新的張力控制方案，新
型四電機(jī)粗紗機(jī)在測(cè)試階段運(yùn)行良好，為其研發(fā)成功奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：同步控制，張力控制，變頻器，軟測(cè)量模型
Design of Coordinated Control SystemBased On Frequency ConversionAbstractThe new type of roving machine has undergone a great change in mechanical structure，systematictransmission and electrical control.It eliminated the up and down cone drums，differential device，railsdrive assembly and forming device，which simplified the mechanical architecture a lot.Inthis design，PLC controlled four frequency converters to separately drive four motors tomake flyer，roller，bobbin and rails run in a synchronized way.Thus，the roving machinecould product roving of high quality efficiently.Although simplification of mechanical architecture could enhance the performanceand the stability of the roving machine in many fields，it became difficult to execute asynchronized control over the four motors of roller，flyer，bobbin and rails in the wholedesign，which also made the tension control of rove become the key problem to be solved.The core of the design of the new type of machine is how to invent a brand-new controlsystem to substitute the traditional mechanical parts and to realize or even surpass theoriginal functions.Whether this new type of machine can be developed or not just dependson the performance of the tension control.According to the key problems and the most difficulties，this thesis expatiates on the solutionsfrom two aspects，hardware and software.Moreover，it emphasizes on the control system of the tensioncontrol in details.In the design of hardware，the thesis gives an overall view on its mechanical design.Then，in the
electrical design，we choose industrial computer，PLC，frequency converters，photo-electricitysensors.The industrial computer works HMI，it communicated with PLC via MPI;thePLC is the center of real-time control，it get the signal of roving height fromphoto-electricity sensors，communicates with frequency converter via PROFIBUS-DP，read the speed of four motors from frequency converter，compute the preset speed of fourmotors，then send commands to frequency to control the speed of motors.Due to theimportance of frequency converters in the whole system，the thesis gives a detailedpresentation on how to choose the frequency converters and its communication with PLC.On the basis of hardware system and the analysis of the control objects，the thesisputs forward the scenario of tension control，which consists of two programs.Firstly，it’sthe tension measuring model.The major function of this model is to substitute thetraditional mechanical cone drums to adjust the winding diameter in terms of the real-timeradial density and then accordingly to adjust the speed of the four motors to improve thesynchronization.Besides，this model has the self-teaching ability to adapt to various kindsof machines.It surpassed the mechanical cone drums and therefore has a more extensiveapplication.Secondly，it’s the algorithm of tension control.The algorithm is based on themeasuring model to adjust the radial density to a stable value through the optimizedclosed-loop methods.These two programs supplement each other to achieve theoptimization of the tension control.In the end，the thesis analyzes the whole software system，anatomizes the majorblocks and gives a profile of the relations among the blocks.In addition，it expatiates onthe most complicated blocks carefully to present a clear picture of the design.By our building a reasonable hardware system and a comprehensive software systemand inventing the tension control scenario，this new type of four-motor roving machineoperated well in the testing phases，which has placed a solid foundation of its successfuldevelopment.
【關(guān)鍵詞】 魯棒控制 自適應(yīng)控制 線性矩陣不等式 不確定性
魯棒控制是利用系統(tǒng)模型的一些不確定信息來設(shè)計(jì)一個(gè)控制器，使得閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)所有的不確定性是穩(wěn)定的，且具有一定的動(dòng)態(tài)性能。魯棒控制主要研究具有未知有界不確定性的系統(tǒng)模型，通過魯棒控制的手段使系統(tǒng)具有魯棒性，即系統(tǒng)在不確定因素作用下維持其穩(wěn)定性的能力。
在實(shí)際生產(chǎn)過程中，對(duì)各種過程及環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)總是不可避免的要利用到被控對(duì)象的有關(guān)信息，這些信息的獲得總是要利用一些試驗(yàn)或推導(dǎo)得到我們要據(jù)此設(shè)計(jì)控制器的所謂“模型”，這些模型的精確性由于信息獲得過程的局限性往往會(huì)受到影響。因此，對(duì)不確定性系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制進(jìn)行研究具有較大的意義和實(shí)際價(jià)值。
1 系統(tǒng)的不確定性
系統(tǒng)的不確定性因素包括有外界噪聲、干擾信號(hào)、 傳遞函數(shù)的建模誤差以及未建模的非線性動(dòng)態(tài)特性。MATLAB的魯棒控制系統(tǒng)工具箱可以找到系統(tǒng)在這些不確定性條件下的多變量穩(wěn)定裕度的度量。不確定性包括很多方面， 但其中最重要的是指系統(tǒng)的外界干擾信號(hào)和系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建模誤差。魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題的一般描述如下：假定一個(gè)多變量系統(tǒng)P（s）， 尋找某個(gè)穩(wěn)定的控制器F（s）， 使得閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)滿足下面的關(guān)系：
（1）
（2）
（3）
公式（1）（2）（3）為魯棒條件，KM稱為最小不確定性的大小，由于每個(gè)頻率對(duì)于的奇異值來度量，函數(shù)KM又稱為對(duì)角擾動(dòng)的多變量穩(wěn)定裕度（MSM），即為
（4）
如果Δn不存在，該問題又被稱為魯棒鎮(zhèn)定問題（Robust stability problem）。上述問題的求解涉及到Δ的非凸優(yōu)化問題，它不能通過標(biāo)準(zhǔn)的非線性梯度下降方法計(jì)算得到，因?yàn)榇藭r(shí)的算法收斂性無法保證。然而由于μ存在上界，可以通過下式計(jì)算KM：
（5）
其中，Dp∈D為Perron最優(yōu)增益矩陣。
D={diag|（d1I，…，dnI）|dj>0}，顯然∞也是1/KM的上界。 如果這些上界都滿足魯棒條件約束， 那么可以充分保證μ和KM也滿足魯棒條件約束。
2 魯棒控制分析
魯棒分析的目的是通過某種適當(dāng)?shù)姆潜Ｊ胤治鏊惴▉怼坝^察”MSM矩陣。 換句話說， 我們將找出系統(tǒng)保持穩(wěn)定狀態(tài)下不確定性的上界，下面的傳遞函數(shù)代表某架飛機(jī)的動(dòng)態(tài)特性：
（6）
基于SandbergZames的小增益定理可以推出下面的標(biāo)準(zhǔn)奇異值穩(wěn)定魯棒性定理： 對(duì)于一個(gè)M-Δ表示的系統(tǒng)， 如果對(duì)于任意的穩(wěn)定Δ（s）滿足
（7）
假定某個(gè)系統(tǒng)具有下面的傳遞函數(shù)，，經(jīng)過仿真得
3 基于μ綜合理論為魯棒控制器設(shè)計(jì)
目前發(fā)展起來的H∞理論、LQG方法、LQG回路傳遞恢復(fù)和μ綜合理論可以用來進(jìn)行魯棒控制器設(shè)計(jì)。本文以μ綜合理論為例進(jìn)行研究，μ綜合理論在整定函數(shù)μ（或KM）時(shí)同時(shí)考慮魯棒分析和魯棒綜合問題，作為魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具為用戶提供了最大的靈活性。
系統(tǒng)μ綜合問題的目標(biāo)是尋找穩(wěn)定的控制器F（s）和對(duì)角矩陣D（s），使得，假設(shè)D（s）=I，μ綜合問題從本質(zhì)上可以分解為兩個(gè)不同的優(yōu)化問題。對(duì)于固定的D矩陣，該問題變成標(biāo)準(zhǔn)的H∞設(shè)計(jì)問題（通過hinfopt函數(shù)計(jì)算）。而對(duì)于固定F（s）的情況，該問題就變成尋找一個(gè)穩(wěn)定的D（s）來滿足代價(jià)函數(shù)在每一頻率處的最小性。
4 結(jié)語
本文從系統(tǒng)的不確定性研究著手，分析了魯棒多變量反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題，并通過建模獲得系統(tǒng)的BODE圖，然后以某飛機(jī)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行系統(tǒng)的魯棒性分析，得到Perron 上界與奇異值比較圖。最后基于μ綜合理論進(jìn)行魯棒控制器設(shè)計(jì)，獲得系統(tǒng)特性圖。綜上所述，所得結(jié)果達(dá)到預(yù)期效果。
參考文獻(xiàn)：
[1]楊園華，劉曉華.基于狀態(tài)觀測(cè)器的一類不確定系統(tǒng)的魯棒預(yù)測(cè)控制[D].魯東大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008.
[2]儲(chǔ)健，俞立，蘇宏業(yè).魯棒控制理論及應(yīng)用[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2000.
[3]樊衛(wèi)華，蔡驊，胡維禮 等.系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制[J].控制理論與應(yīng)用，2004.
[4]陳方信，沈艷軍，汪秉文.不確定離散時(shí)滯系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)報(bào)），2004.