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上位机辅助PID参数调节及优化整定

作　者: 刘欣
导　师: 冉多钢
学　校: 河北工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: PID算法 智能仪器 串行通讯 热容 散热功率维持系数
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着微电子技术的不断发展，以及超大规模集成电路芯片（即单片机）的出现，智能仪器得到了迅猛发展。但是，随着智能仪器的发展越来越成熟，其操作界面越来越简单，通常由按键、数码管、指示灯就可以构成一个操作平台，这无疑为设备的后期调试带来了困难。本课题的提出是为了给智能仪器提供一个良好且完整的操作界面，方便对其内部参数进行调节。本课题以智能熔点仪为对象，调节其在快速升温及匀速升温过程的PID参数，设计了一种上位机辅助调节PID参数的温度控制系统。本课题中的熔点仪以MSC1210Y5单片机为核心控制芯片，在硬件平台基础上建立了温控系统数学模型，并以此设计了上位机与下位机程序。下位机程序采用C语言进行编程，Keil作为开发环境。上位机程序采用LabVIEW进行编程，图形化显示下位机上传的温度数据，通过观察温度曲线实时整定PID参数，直到获得满意的升温过程。本课题在下位机程序开发上，采用主程序和中断程序共同进行的方式。主要实现温度采集、数据运算与处理、温度显示、恒温与匀速升温控制等功能。在温度控制方面，采用位置式PID算法对温度进行恒温和匀速升温控制。由于熔点仪的输出功率一部分用于升温，一部分用于散热，升温过程与物质热容有关，散热过程与散热功率维持系数有关，这两个系数是系统固有的，故整定得到的PID参数要与这两个参数匹配。因此，在进行PID参数整定之前，需要测量出系统的两个固有参数——热容和散热功率维持系数。在借助上位机整定PID参数时，首先要规定好下位机MCU与PC机之间的通信协议，利用LabVIEW中的VISA模块与单片机进行串行通讯。上位机LabVIEW根据下位机发送的温度值进行适时调整，最终得到合适的参数。借助LabVIEW能够直观地观察温度曲线的变化，减小了调试的复杂度与整定参数的盲目性，缩短了PID参数的整定周期。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-13
  §1-1 引言  9
  §1-2 系统性能分析  9-10
  §1-3 本课题主要研究内容  10-13
    1-3-1 数学建模  10-11
    1-3-2 串行通讯  11
    1-3-3 仿真与监控  11-12
    1-3-4 温度控制算法的设计  12-13
第二章 熔点仪系统总体结构概述  13-20
  §2-1 熔点仪总体结构  13-14
    2-1-1 仪器机械结构部分  13
    2-1-2 仪器电路控制部分  13-14
  §2-2 熔点仪控制核心概述  14-15
  §2-3 外围电路概述  15-19
    2-3-1 系统电源  15-17
    2-3-2 采样电路  17-18
    2-3-3 RS232 接口  18
    2-3-4 人机交互界面  18-19
    2-3-5 PWM 加热控制电路  19
  §2-4 本章小结  19-20
第三章 熔点仪温度控制系统建模  20-41
  §3-1 熔点仪温控系统热力学建模  20-23
  §3-2 熔点仪温度控制算法  23-25
  §3-3 熔点仪温控系统模型  25-35
    3-3-1 纯比例 P 调节拉氏变换域分析与时域应用  25-29
    3-3-2 PD 调节拉氏变换域分析  29-31
    3-3-3 PID 调节拉氏变换域分析  31-33
    3-3-4 PD 调节时域分析  33-35
  §3-4 恒温控制的实现  35-37
    3-4-1 恒温控制原理  35
    3-4-2 PID 算式中系数的整定  35-37
  §3-5 匀速升温控制  37-40
    3-5-1 匀速升温控制原理  37
    3-5-2 匀速升温控制的实现  37-40
  §3-6 本章小结  40-41
第四章 系统下位机程序设计  41-49
  §4-1 程序主体框架与初始化  41-43
    4-1-1 主程序  41
    4-1-2 单片机的初始化  41-43
  §4-2 中断程序  43-44
  §4-3 进程间的通讯  44-45
  §4-4 子程序  45-46
  §4-5 数据通讯  46-48
  §4-6 本章小结  48-49
第五章 系统上位机程序设计  49-61
  §5-1 开发平台介绍  49-50
  §5-2 时域仿真温控系统程序设计  50-52
  §5-3 数据通讯程序设计  52-53
  §5-4 辅助计算热力学参数程序设计  53-57
  §5-5 实时监控温控系统程序设计  57-60
  §5-6 本章小结  60-61
第六章 总结与展望  61-63
  §6-1 结论  61
  §6-2 展望  61-63
参考文献  63-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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