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热风回流焊机温控系统的研制与开发

作　者: 陶吉利
导　师: 鲁五一
学　校: 中南大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 热风回流焊机 PID参数自整定黄金分割法模糊自校正
分类号: TG43
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 204次
引　用: 3次
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内容摘要

随着电子器件微型化及SMT(表面贴装技术)的发展，热风回流焊机应用日益广泛。由于在热风回流焊机的控制过程中，被控参数具有非线性、不确定性等因素，传统的PID控制器难以取得满意的控制效果。本文实现了用下位机改进PID控制算法进行热风回流焊机的计算机控制。同时，针对回流焊机温区多，人工参数整定效率低的问题，研究了PID参数自整定的方法。并在下位机的基础上，提出了上位机插值模糊PID控制算法。本文所做主要工作如下所示： 1、针对热风回流焊机自身特点和生产现场需要，设计了一整套多CPU嵌入式硬件系统，并在此基础上，编制了与硬件电路配套的各软件模块。同时，采用了较为新颖的软硬结合、相互制约的系统抗干扰措施。 2、提出了简化的单参数黄金分割法PID参数自整定方法，并根据现场有可测扰动的情况，研究了将前馈和变速积分PID反馈控制相结合，运用到温控对象上的方法。 3、针对下位机控制方法的某些不足，提出了基于上位机的模糊PID参数在线自校正方法，同时为克服模糊控制对E、EC不易划分过细，而回流焊机系统必须对扰动作出及时反应的矛盾，提出简化的插值法模糊PID参数在线自校正算法，并给出了MATLAB仿真实例。 4、采用半图形化的虚拟仪器语言LABWINDOWS／CVI开发了界面友好，功能完善的上位机监控程序。目前，采用下位机控制方式的单片机监控系统已可完全取代PLC监控系统，并已投入试运行，稳态控制精度可达到±3℃。

全文目录

第一章绪论  9-18
  1.1 热风回流焊机温控系统简介  9-11
    1.1.1 热风回流焊机简介  9-10
    1.1.2 回流焊机温控系统特点  10-11
  1.2 选题背景与意义  11-12
  1.3 温控系统的现状及未来发展方向  12-17
    1.3.1 温控对象的一般模型及其特点  12-13
    1.3.2 PID温度控制  13-14
    1.3.3 传统PID参数整定方法  14
    1.3.4 PID在线参数自整定  14-15
    1.3.5 PID参数自整定的智能控制方法  15-16
    1.3.6 PID参数自整定在本系统中的应用  16-17
  1.4 本文的主要研究内容与篇章结构安排  17-18
第二章回流焊机监控系统的硬件实现  18-28
  2.1 系统的组成、工作原理及总体结构  18-19
  2.2 温控模块硬件电路设计  19-24
    2.2.1 X25045电路  19
    2.2.2 热电偶冷端补偿电路  19-22
    2.2.3 多路模拟开关与滤波电路  22
    2.2.4 AD转换电路  22-23
    2.2.5 输出控制及功放电路  23-24
  2.3 监控模块硬件电路设计  24-25
    2.3.1 模拟量输出电路  24
    2.3.2 开关量监控电路  24-25
  2.4 通信接口  25
  2.5 系统抗干扰设计  25-27
    2.5.1 干扰源  25
    2.5.2 硬件抗干扰设计  25-27
  2.6 本章小结  27-28
第三章回流焊机监控系统的软件实现  28-42
  3.1 软件设计概述  28
  3.2 主要功能模块  28-37
    3.2.1 初始化模块  28
    3.2.2 复合数字滤波模块  28-30
    3.2.3 非线性补偿与标度转换模块  30-31
    3.2.4 数字输出模块  31-33
    3.2.5 通信模块  33
    3.2.6 自检模块  33-37
  3.3 上位机监控程序模块  37-39
    3.3.1 LABWINDOWS／CVI简介  37-38
    3.3.2 基于LABWINDOWS／CVI的上位机程序模块  38-39
  3.4 本章小结  39-42
第四章 PID控制算法及其参数自整定  42-55
  4.1 数字PID控制及其相关概念  42-43
  4.2 基于ITAE准则的黄金分割法下位机PID参数自整定  43-47
    4.2.1 黄金分割法(0.618法)简介  43-44
    4.2.2 下位机PID参数自整定  44-47
  4.3 改进PID控制算法  47-49
    4.3.1 输出限幅  47-48
    4.3.2 积分限制  48-49
  4.4 前馈-反馈的复合控制算法  49-52
    4.4.1 前馈控制  50
    4.4.2 前馈-反馈复合控制  50-52
  4.5 实验结果分析  52-54
  4.6 本章小节  54-55
第五章基于模糊推理的PID参数自整定  55-69
  5.1 基于模糊推理的PID参数自整定  55-56
  5.2 模糊自整定PID的设计实现  56-63
    5.2.1 输入输出量的模糊化  56-57
    5.2.2 PID参数专家调整知识的Fuzzy调整模型  57-59
    5.2.3 Fuzzy合成推理算法及调整决策矩阵  59-63
  5.3 FUZZY-PID控制算法  63
  5.4 高精度模糊自整定PID算法  63-66
    5.4.1 模糊插值法原理  64
    5.4.2 简化的模糊插值算法  64-66
  5.5 上下位机PID参数自整定的MATLAB仿真比较  66-68
  5.6 本章小结  68-69
第六章结论与展望  69-71
  6.1 本文所作的研究工作  69
  6.2 结论  69
  6.3 后续工作的展望  69-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
攻读硕士学位期间科研及论文完成情况  75

热风回流焊机温控系统的研制与开发

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