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燃气退火炉嵌入式温度控制系统的研究

作　者: 马高杰
导　师: 王凯
学　校: 西安理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 燃气退火炉 模糊免疫PID 实时操作系统μC/OS-II 图形用户界面MiniGUI 嵌入式温度控制系统
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


性能优良的退火炉温度控制系统有助于提高产品质量和生产效率,根据客户实际生产需求和被控对象的动态特性,选用LPC2210嵌入式微处理器作为硬件平台核心,以嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ及图形用户界面MiniGUI为软件平台,运用嵌入式技术和模糊免疫PID控制理论,设计出了实时的集温度采集、显示、数据存储、控制和信息通讯为一体的嵌入式温度智能控制系统。论文设计了存储器电路、通讯电路、输入输出电路、系统电源、复位电路及温度信号采集调理电路；分析了μC/OS-Ⅱ实时操作系统和MiniGUI的工作原理和体系结构,成功地将μC/OS-Ⅱ和MiniGUI移植到硬件平台上,并开发出具有友好人机界面的多任务嵌入式温度控制系统。论文分别设计了常规PID、模糊自适应PID和模糊免疫PID温度控制算法,对比仿真结果表明：与常规PID和模糊自适应PID相比,模糊免疫PID控制器,无超调量、响应快；系统参数变化和受到干扰时,具有较好的自适应能力、免疫能力及稳定性,适合于实时温度控制。实验表明,本课题设计的嵌入式温度控制系统,可以较好地对炉膛温度进行实时控制,能够满足用户实际生产需求。对生产实践具有一定的参考价值。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 前言  7-13
  1.1 课题的实用价值和现实意义  7
  1.2 退火炉温度控制系统国内外发展状况  7-11
    1.2.1 退火炉温度控制系统控制设备的国内外发展状况  8
    1.2.2 退火炉温度控制系统控制策略的发展状况  8-9
    1.2.3 嵌入式操作系统的引入  9-11
  1.3 ARM嵌入式系统概述  11
  1.4 课题研究的主要内容  11-12
  1.5 本章小结  12-13
2 燃气退火炉嵌入式温度控制系统的硬件系统实现  13-27
  2.1 嵌入式温度控制系统的硬件设计原则及系统整体架构  13-14
    2.1.1 嵌入式温度控制系统硬件系统设计原则  13
    2.1.2 嵌入式温度控制系统硬件系统整体架构  13-14
  2.2 嵌入式温度控制系统硬件电路设计  14-22
    2.2.1 嵌入式处理器LPC2210简介  14-15
    2.2.2 存储器电路设计  15-18
    2.2.3 通讯模块电路设计  18-19
    2.2.4 输入输出模块电路设计  19-20
    2.2.5 系统电源及系统复位电路设计  20-22
  2.3 炉膛温度信号采集调理和输出电路模块设计  22-25
    2.3.1 传感器的选取及热电偶测量误差分析  22-23
    2.3.2 温度信号采集、调理模块和信号输出电路的设计  23-25
  2.4 风道、气道执行机构及工作原理  25-26
  2.5 本章小结  26-27
3 燃气退火炉嵌入式温度控制系统的软件系统设计  27-47
  3.1 μC/OS-Ⅱ操作系统概述及工作原理  27-28
    3.1.1 μC/OS-Ⅱ操作系统概述  27-28
    3.1.2 μC/OS-Ⅱ工作原理  28
  3.2 μC/OS-Ⅱ的移植  28-36
    3.2.1 μC/OS-Ⅱ的移植的目的和可行性  28-29
    3.2.2 移植内容和移植代码测试  29-34
    3.2.3 编写启动代码  34-36
  3.3 基于μC/OS-Ⅱ的系统应用程序开发  36-41
    3.3.1 μC/OS-Ⅱ的任务、任务的管理和任务间的通信  36-38
    3.3.2 基于μC/OS-Ⅱ的应用程序开发  38-41
  3.4 基于MiniGUI的人机界面开发  41-46
    3.4.1 MiniGUI概述  41-42
    3.4.2 MiniGUI的消息和消息循环机制  42-43
    3.4.3 MiniGUI的移植  43-45
    3.4.4 基于MiniGUI的人机界面开发  45-46
  3.5 本章小结  46-47
4 燃气退火炉温度控制算法的设计及仿真  47-61
  4.1 常规PID温度控制算法的设计  47-49
    4.1.1 模拟PID控制器  47-48
    4.1.2 数字PID控制器  48-49
  4.2 模糊自适应PID温度控制算法的设计  49-52
    4.2.1 模糊自适应PID控制器的结构及工作原理  49-52
    4.2.2 模糊自适应PID温度控制算法的实现  52
  4.3 模糊免疫PID温度控制算法的设计  52-56
    4.3.1 免疫反馈机理  53-54
    4.3.2 免疫PID控制器  54
    4.3.3 模糊免疫PID温度控制算法的实现  54-55
    4.3.4 模糊免疫PID参数Ki和Kd的模糊自整定  55-56
  4.4 温度控制算法仿真及仿真结果分析  56-60
    4.4.1 温度控制算法仿真结果与分析  56-60
  4.5 本章小结  60-61
5 基于嵌入式温度控制系统的实验  61-69
  5.1 实验目的  61
  5.2 实验内容和实验环境  61-62
    5.2.1 实验内容  61
    5.2.2 实验环境  61-62
  5.3 实验方法  62-66
    5.3.1 嵌入式温度控制系统的运行情况检验  62-64
    5.3.2 测试被控对象动态参数  64-66
  5.4 实验运行结果  66
  5.5 实际燃气退火炉炉膛温度影响因素的分析  66-68
  5.6 本章小结  68-69
6 结论与展望  69-71
  6.1 结论  69
  6.2 展望  69-71
致谢  71-73
参考文献  73-75
附录  75-77
在校学习期间所发表的论文  77

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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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