基于ARM的溫度非線性控制新技術(shù)的研究與應(yīng)用.pdf

1、在醫(yī)療儀器、家用電器、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中,控制問題無(wú)處不在,對(duì)溫度、壓力、流量等物理參數(shù)的控制對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)過程有著極其重要的影響。其中,溫度控制是控制領(lǐng)域中一項(xiàng)重要的指標(biāo)。溫控系統(tǒng)采用的溫度控制器中,比較常見的是PLC、單片機(jī)、ARM,而ARM微控制器速度更快、體積更小、功能更齊的特征為控制應(yīng)用提供了更有利的條件。在控制算法方面,最常用的是經(jīng)典 PID控制算法以及各種與PID相結(jié)合的算法,如模糊PID、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID等。但是,PID

2、控制器的參數(shù)調(diào)節(jié)以及響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、超調(diào)量大等問題,使其滿足不了系統(tǒng)適應(yīng)能力強(qiáng)和智能化的要求。事實(shí)上即使是同一個(gè)加熱過程,不同加熱階段,由于吸熱放熱的情況不同,系統(tǒng)的PID參數(shù)應(yīng)該有所不同,但這在控制過程中很難自動(dòng)實(shí)現(xiàn),從而給很多實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)諸多問題與不便:參數(shù)自適應(yīng)差,控制精度不高。因此,同一組PID控制參數(shù)幾乎是不可能適應(yīng)多種不同的加熱對(duì)象或不同加熱階段情況的。
　　本文主要目的是希望利用ARM的優(yōu)越性能與特點(diǎn)改造傳統(tǒng)基于單片機(jī)或

3、 PLC的溫度控制系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算與分析,希望以最大可能性實(shí)現(xiàn)同一組控制參數(shù)能適應(yīng)不同加熱對(duì)象或不同加熱階段的情況為本研究設(shè)計(jì)的目標(biāo)。ARM的特點(diǎn)是其高速度可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的編程計(jì)算,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)快速的通訊,而且在體積、功耗、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面目前已經(jīng)達(dá)到了非常高的水平。因此ARM可以提供一個(gè)優(yōu)越的信號(hào)采集、計(jì)算、通訊平臺(tái)。本文主要是把ARM嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)與溫度控制新的算法相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的多任務(wù)執(zhí)行,在Keil-μVision4平臺(tái)

4、上進(jìn)行應(yīng)用軟件和算法設(shè)計(jì),通過STM32平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。把具有非線性、時(shí)變性、滯后性等特性的電加熱爐作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,檢驗(yàn)了基于ARM的溫度控制系統(tǒng)的性能。
　　本文首先在第一、二章中概述了目前溫度控制系統(tǒng)中所采用的控制器及控制算法的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀,介紹了嵌入式微控制器的發(fā)展及控制新方法的突出特點(diǎn);在第三章列出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的備選方案并進(jìn)行比較、選擇;第四章詳細(xì)描述了系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)電路,采用了可擴(kuò)展多 I/O、閃存容量和R

5、AM較大的STM32F103ZET6微處理器,根據(jù)STM32系列微處理器的內(nèi)部高度集成的優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)了包括串行通訊、數(shù)據(jù)采集與處理、控制裝置等功能模塊的硬件平臺(tái);在第五章的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中,詳細(xì)介紹了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ的移植以及應(yīng)用軟件和算法設(shè)計(jì),適當(dāng)改造了經(jīng)典PID控制算法,引進(jìn)了平衡功率與溫度非線性預(yù)測(cè)的概念和計(jì)算,在電加熱爐上的進(jìn)行實(shí)踐,實(shí)驗(yàn)用同一組控制參數(shù)驗(yàn)證了不同加熱過程系統(tǒng)的控制問題,實(shí)現(xiàn)了良好的控制效果;最后,全