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基于SOPC的模糊PID程序升温控制系统

作　者: 高苗苗
导　师: 杨素英
学　校: 大连理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: SOPC技术 IP核技术 微反装置 模糊PID 程序升温
分类号: TP273.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


固体氧化物燃料电池、多晶硅太阳能电池等化工新材料以高性能、高附加值和高科技使得催化、能源等相关化工生产和实验在我国的能源开发中占有很重要的地位。随着计算机技术和集成电路技术的日趋发展,化工领域的自动控制装置从二次仪表监控装置的单一形式逐渐扩展为以芯片为核心的控制器装置的更多产品形式,智能控制水平日益提高。本文采用基于FPGA的可编程片上系统SOPC开发技术,设计了一种微反装置的模糊PID程序升温控制系统。在化工领域的程序升温控制中,控制对象通常为微反装置,这种装置普遍属于具有时滞、时变和非线性等特征的控制对象。针对控制对象的特点,在FPGA环境中嵌入NiosⅡ软核微处理器,应用SOPC技术完成模糊PID控制器IP核、程序升温控制器和控制系统平台三个方面的设计。引入IP核技术设计模糊PID控制器,主要包括运用硬件描述语言实现控制功能,定义并行结构寄存器及定义Avalon总线接口三个部分的设计,模糊PID控制器IP核的设计有利于分离具有复用性的核心控制算法。在程序升温控制设计中,进行NiosⅡ软核微处理器配置,编写设定温度段参数、程序升温控制、中断方式的按键响应三个任务函数。在此基础上,构建控制系统平台,其中输入模块驱动接口,主要包括12位数模转换器、按键和拨码开关,输出模块驱动接口包括PWM IP核,RS232串行通信。该系统平台利用设计的接口资源可以实现数据采集、升温段参数设置、PWM方式输出控制及数据通信等多任务。整个控制系统在一片FPGA内部完成,并成功的通过整机调试,系统的阶跃升温控制测试和多段程序升温控制运行测试过程中具有线性上升时间段可控,跟踪平稳,超调量小,抗干扰能力强,输出控制稳定,满足程序升温控制设计要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 选题背景及意义  8-9
  1.2 SOPC应用现状和发展趋势  9-10
  1.3 IP核技术现状  10-11
  1.4 论文结构  11-12
2 SOPC模糊控制系统组成方案  12-20
  2.1 控制系统结构  12
  2.2 预期控制目标  12-13
    2.2.1 控制对象的特点及数学模型  12-13
    2.2.2 控制目标  13
  2.3 系统的开发平台  13-16
    2.3.1 硬件平台  13-14
    2.3.2 软件平台  14-16
  2.4 系统的开发环境和流程  16-20
3 模糊PID程序升温控制器设计  20-33
  3.1 引入IP核技术的思想  20
  3.2 控制器的设计模型  20-21
  3.3 模糊PID控制器IP核  21-29
    3.3.1 PID控制算法的FPGA设计  21-22
    3.3.2 模糊PID结构设计  22-23
    3.3.3 模糊规则表  23-26
    3.3.4 数据交互接口  26-28
    3.3.5 IP核驱动模块  28-29
  3.4 控制器的程序升温控制设计  29-33
    3.4.1 中断函数  29
    3.4.2 温度段设定函数  29-31
    3.4.3 程序升温函数  31-33
4 系统平台设计  33-40
  4.1 温控系统的模块配置  33
  4.2 温度检测模块  33-36
    4.2.1 传感器和温度变送  34
    4.2.2 模数转换  34-35
    4.2.3 数据采集驱动  35-36
  4.3 控制输出模块  36-38
    4.3.1 固态继电器  36-37
    4.3.2 PWM控制IP核  37-38
  4.4 人机数据通信  38-40
    4.4.1 键盘和显示  38-39
    4.4.2 串口转换与数据通信  39-40
5 实验测试与分析  40-46
  5.1 系统调试  40
  5.2 阶跃响应测试  40-42
  5.3 程序升温测试  42-46
结论  46-47
参考文献  47-51
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  51-52
致谢  52-54

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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 > 模糊控制、模糊控制系统
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