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[導(dǎo)讀]發(fā)展基于嵌入式計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)

 1.嵌入式控制在微波設(shè)備控制上的實(shí)現(xiàn):
  大型系統(tǒng)我們一般采用工業(yè)PC的方式集中控制,但面對(duì)小型系統(tǒng)我們?nèi)绮捎霉I(yè)PC的方法則有點(diǎn)大馬拉小車的概念了。一方面,對(duì)于向小系統(tǒng)應(yīng)用必須考慮成本,另一方面的要求是穩(wěn)定與可靠。因而,采用嵌入式計(jì)算機(jī)是我們的首選。
  對(duì)于嵌入式控制系統(tǒng)有兩個(gè)種類:
  一、基于無操作系統(tǒng)的嵌入式芯片的控制技術(shù)。
  二、基于有操作系統(tǒng)的嵌入式芯片的控制技術(shù)。
  第一種我們一般性的可將之認(rèn)為是在微控制器的層面上,我國(guó)一般稱為單片機(jī)。它一般用于對(duì)處理數(shù)據(jù)要求相對(duì)較低的場(chǎng)合,設(shè)計(jì)者一般采用匯編語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行開發(fā),此種控制不具有良好的人機(jī)界面。
  第二種實(shí)際就是一臺(tái)PC,但要比一般PC及工業(yè)計(jì)算機(jī)都來得穩(wěn)定,這一穩(wěn)定性促使嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域十分寬廣。以目前的發(fā)展速度,今后的工業(yè)控制方面大有取代工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的趨勢(shì)。它所用的操作系統(tǒng)一般為:Linux、MS-dos、Windows CE等。WinCE是微軟公司基于NT控制技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)產(chǎn)生的操作系統(tǒng),被廣泛應(yīng)用于Pocket PC 以及一些嵌入式計(jì)算機(jī)中。這里特別要一提的是Windows CE.net,它的 
出現(xiàn)使原來在PC上開發(fā)的程序員能最小縫隙的過渡到面向嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā),同時(shí)具有.net的框架。對(duì)于設(shè)備控制系統(tǒng)我們一般選擇此系統(tǒng)。
  這里一般單臺(tái)次的工業(yè)控制基本采用Windows CE+組態(tài)軟件+觸摸屏的形式來實(shí)現(xiàn)。這里的組態(tài)軟件與上面的組態(tài)軟件本質(zhì)和功能基本是一樣的,所不同的是支持它運(yùn)行的平臺(tái)為Windows CE操作系統(tǒng)。目前我國(guó)的一些組態(tài)軟件廠家都看到了這一巨大的市場(chǎng),因而紛紛推出自己基于CE系統(tǒng)的組態(tài)軟件,如昆侖通態(tài)的MCGS等。
  當(dāng)然,在針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單或用戶要求不高的系統(tǒng)的時(shí)候,也可以使用WinCE平臺(tái)下的開發(fā)軟件自己進(jìn)行相關(guān)編程,其開發(fā)軟件一般使用Microsoft的eMbedded Visual basic 和 eMbedded Visual C++等。其具體控制方式可參見“自動(dòng)控制技術(shù)在微波工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用”內(nèi)的相關(guān)介紹。
  2.在工業(yè)控制領(lǐng)域經(jīng)常應(yīng)用的若干控制算法
  在使用嵌入式計(jì)算機(jī)進(jìn)行工業(yè)自動(dòng)化控制過程中,有一些相關(guān)的算法是較為常用的,作為工程開發(fā)設(shè)計(jì)人員必須通曉相關(guān)的控制算法,這樣有助于實(shí)現(xiàn)可靠使用的控制。
  1. 常規(guī)PID控制算法
  PID算法是工業(yè)控制中最常用的一種數(shù)學(xué)算法,它的基本公式如下:
  直接計(jì)算公式:
  Pout(t)=KP*e(t)+Ki*∑e(t)+Kd*(e(t)-e(t-1));
  上一次的計(jì)算:
  Pout(t-1)=Kp*e(t-1)+Ki*∑e(t)+Kd*(e(t-1)-e(t-2));
  兩式相減得到增量法計(jì)算公式:
  Pdlt=Kp*(e(t)+Ki*∑e(t)+Kd*(e(t)-2*e(t-1)+e(t-2));
  其中三個(gè)基本參數(shù)Kp、Ki、Kd在實(shí)際控制中的作用:
  Kp-比例調(diào)節(jié)作用:是按比例反映系統(tǒng)的偏差,系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差,比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少誤差。比例作用大,可以加快調(diào)節(jié),減少誤差,但是過大的比例,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降,甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 [!--empirenews.page--]
  Ki-積分調(diào)節(jié)作用:是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差,提高無差度。因?yàn)橛姓`差,積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行,直至無差,積分調(diào)節(jié)停止,積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti,Ti越小,積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱,加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合,組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器
  Kd-微分調(diào)節(jié)作用:微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率,具有預(yù)見性,能預(yù)見偏差變化的趨勢(shì),因此能產(chǎn)生超前的控制作用,在偏差還沒有形成之前,已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此,可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在微分時(shí)間選擇合適的情況下,可以減少超調(diào),減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用,因此過強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié),對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外,微分反映的是變化率,而當(dāng)輸入沒有變化時(shí),微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用,需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合,組成PD或PID控制器。
  該P(yáng)ID算法應(yīng)用范圍十分廣泛,最常見的是用于對(duì)溫度控制要求較高的環(huán)境。
  2. 預(yù)測(cè)控制算法
  預(yù)測(cè)控制就是利用內(nèi)部模型(開環(huán)和閉環(huán)預(yù)測(cè)模型)預(yù)估過程的未來輸出(被控變量)與設(shè)定值之間的誤差,基于該誤差采用“滾動(dòng)式”優(yōu)化策略計(jì)算當(dāng)前的控制輸入。
  3. 其他各種控制算法
  計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得將一些先進(jìn)的控制算法應(yīng)用于工業(yè)控制中成為了可能,如推理控制算法、優(yōu)化控制算法、分解-協(xié)調(diào)算法、以及模糊控制算法等等。
  結(jié)束語(yǔ)
  微波設(shè)備作為提供給生產(chǎn)用戶使用的平臺(tái),首先必將隨用戶不斷提高的要求而更新。同時(shí)作為生產(chǎn)設(shè)計(jì)微 波設(shè)備的企業(yè)更應(yīng)該把握先進(jìn)控制技術(shù)的脈搏,不斷將先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用到設(shè)備中去。大致我們認(rèn)為:
  1.微波設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化接口
  隨著生產(chǎn)力的發(fā)展,用戶對(duì)微波的不斷認(rèn)識(shí),因而微波設(shè)備往往會(huì)作為生產(chǎn)流水線中的一部分,用戶僅使用微波的某一特性以達(dá)到自己工藝的要求。因此要求微波設(shè)備能很好的與流水的前后道工序友好的銜接。這一要求包括了設(shè)備的三維尺寸、功率配置以及控制系統(tǒng)。
  同時(shí)將微波設(shè)備的底層元件的標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化也是企業(yè)發(fā)展的需要。
  2.未來基于瀏覽器技術(shù)的監(jiān)控軟件和基于無線系統(tǒng)的控制
  目前,我們一般使用的控制軟件是基于硬件平臺(tái)的,隨著網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展和.net框架的普及,微波設(shè)備在控制上也力求利用internet網(wǎng)絡(luò),使用戶能通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)控,對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量的控制等。
  值得注意的是當(dāng)今無線技術(shù)的發(fā)展的速度,一些可以應(yīng)用的方案如:引入GPRS網(wǎng)絡(luò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)與控制;引入IEEE802.11b的無線連接模塊使設(shè)備與控制臺(tái)無連接線。
  最后,祝愿工業(yè)微波控制技術(shù)更上一層樓! 
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