基于ARM9的燃?xì)鉄崴┡仩t控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

1、 獨(dú)創(chuàng)性聲明本人所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知,除特別加以標(biāo)注的地方外,論文中不包含其他人的研究成果。與我一同工作的同志對(duì)本文的研究工作和成果的任何奉獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并已致謝。本論文及其相關(guān)資料假設(shè)有不實(shí)之處,由本人承當(dāng)一切相關(guān)責(zé)任。論文作者簽名:丞掏昃口年羅月加日學(xué)位論文使用授權(quán)本人作為學(xué)位論文作者了解并愿意遵守學(xué)校有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定,即:在導(dǎo)師指導(dǎo)下創(chuàng)作完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸西安理工大學(xué)所有,本人今后在使用或發(fā)表該論文涉及的研究?jī)?nèi)容時(shí),會(huì)注明西安理工大學(xué)。西安理工大學(xué)擁有學(xué)位論文的如下使用權(quán),包括:學(xué)?？梢员４鎸W(xué)位論文;可以采用

2、影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文;可以查閱或借閱。本人授權(quán)西安理工大學(xué)對(duì)學(xué)位論文全部?jī)?nèi)容編入公開的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索。本學(xué)位論文全部或局部?jī)?nèi)容的公布包括刊登授權(quán)西安理工大學(xué)研究生學(xué)院辦理。經(jīng)過(guò)學(xué)校保密辦公室確定密級(jí)的涉密學(xué)位論文,按照相關(guān)保密規(guī)定執(zhí)行;需要進(jìn)行技術(shù)保密的學(xué)位論文,按照?西安理工大學(xué)學(xué)位論文技術(shù)保密申請(qǐng)表?內(nèi)容進(jìn)行保密附?西安理工大學(xué)學(xué)位論文技術(shù)保密申請(qǐng)表?。保密的學(xué)位論文在解密后,適用本授權(quán)。導(dǎo)師簽名:論文作者簽名:丞拘劫,年其妒摘要 學(xué)科名稱:檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置研究生:張楠 簽名:塑掏指導(dǎo)教師:李強(qiáng)副教授摘要我國(guó)北方城鎮(zhèn)冬季供暖是與人民日常生活緊密相關(guān)的一項(xiàng)重要工作,由于供暖面

3、積廣,供暖時(shí)問(wèn)長(zhǎng),所以如何在保證供暖質(zhì)量的同時(shí)合理的利用能源,同時(shí)實(shí)現(xiàn)供暖的自動(dòng)控制,減少人力和物力的消耗,是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。而鍋爐供暖一直是供暖的主要形式,所以對(duì)鍋爐控制器的研究與設(shè)計(jì)就顯得很有必要。本課題首先分析了鍋爐供暖的工藝流程,確定了燃?xì)鉄崴┡仩t的主要被控對(duì)象為鍋爐的出水溫度。為了尋找一套適合燃?xì)鉄崴仩t的控制方法,分別研究了常規(guī)控制、模糊控制、動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制等控制方法對(duì)鍋爐出水溫度的控制效果,在下進(jìn)行了仿真,并且分析了每種控制方法當(dāng)參數(shù)改變時(shí)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。然后基于?開發(fā)了控制器的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件局部以位低功耗微處理器三星為核心,利用開發(fā)板,完成了控制器硬件系統(tǒng)

4、的設(shè)計(jì),主要包括轉(zhuǎn)換電路、/轉(zhuǎn)換電路、觸摸屏電路等。在基于硬件電路的基礎(chǔ)上,完成了交叉工具鏈的建立、/、/驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)、控制程序編寫等,另外利用/開發(fā)了圖形界面,實(shí)現(xiàn)了工藝流程圖、實(shí)時(shí)參數(shù)的設(shè)置與顯示功能。總體上看,本文分析了常規(guī)控制、模糊控制、動(dòng)態(tài)矩陣控制三種控制方法,完成鍋爐控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì),無(wú)論是對(duì)理論研究人員還是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員都提供了參考,同時(shí)對(duì)其它控制系統(tǒng),如溫度、流量、液位等,提供了借鑒,有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞:供暖鍋爐;先進(jìn)過(guò)程控制;/西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文: :么,鋁: .。. ,. .?. ,. . . ,/,/ , ,. . ., ,/,/ ,. /.,., ,

5、., , ,.西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文: ;/目錄緒侖?.研究背景及意義?.國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展?. 嵌入式系統(tǒng)概述.本課題所做工作?.燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究?.燃?xì)鉄崴仩t供暖系統(tǒng)工藝流程及控制任務(wù)?.燃?xì)鉄崴┡仩t出水溫度的控制策略分析?.被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型.常規(guī)控制.模糊控制.模糊控制介紹.模糊控制器的設(shè)計(jì)?.仿真及分析?.動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制?.預(yù)測(cè)控制.動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制.動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件平臺(tái)設(shè)計(jì).系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)?.?./轉(zhuǎn)換電路./轉(zhuǎn)換電路.電路?。基于.的鍋爐出水溫度控制系統(tǒng)軟件的開發(fā).嵌入式開發(fā)環(huán)境的建立.?系統(tǒng)開發(fā)流程?.建立交叉編譯工具鏈.設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)?.設(shè)

6、備驅(qū)動(dòng)程序的分類.字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序重要組成. /驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)?./驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)?.控制程序設(shè)計(jì).嵌入式圖形界面的設(shè)計(jì).。介紹./開發(fā)環(huán)境的安裝?.界面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析?.總結(jié)與展望.致訪參考文獻(xiàn)?.第章緒論緒論.研究背景及意義我國(guó)北方城鎮(zhèn)冬季供暖是與人民日常生活緊密相關(guān)的一項(xiàng)重要工作,由于供暖面積廣,供暖時(shí)間長(zhǎng),所以如何在保證供暖質(zhì)量的同時(shí)合理的利用能源,同時(shí)實(shí)現(xiàn)供暖的自動(dòng)控制,減少人力和物力的消耗,是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。而鍋爐供暖一直是供暖的主要形式,所以對(duì)鍋爐控制器的研究與設(shè)計(jì)就顯得很有必要。鍋爐的根據(jù)不同燃料分為多種形式,目前主要采用的有燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、燃油鍋爐和電鍋爐。這幾種燃料形

7、式的鍋爐都有各自的應(yīng)用領(lǐng)域,但是熱效率有很大的區(qū)別,供熱的本錢和效益也各不相同。燃煤鍋爐在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)是我國(guó)使用最為廣泛的供暖鍋爐,我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量豐富,價(jià)格相對(duì)較低,所以煤炭是我國(guó)主要的供熱能源。但是它的存在許多缺點(diǎn),比方煤燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的污染物,對(duì)環(huán)境造成很大的污染,燃煤鍋爐的效率相對(duì)不高,容易對(duì)能源造成浪費(fèi)。由于對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越高,所以燃油鍋爐的使用也越來(lái)越多,燃油鍋爐污染小、操作簡(jiǎn)單,運(yùn)行管理較為容易,有許多優(yōu)勢(shì),但是,由于我國(guó)石油資源有限,所以燃料費(fèi)用必然比擬昂貴,同時(shí)燃料的儲(chǔ)存也具有一定的危險(xiǎn)性。電能用于供熱,相比其他能源有許多優(yōu)點(diǎn),比方環(huán)境污染小,清潔無(wú)噪聲,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控

8、制等,但是我國(guó)用電一直處于較為緊張的狀態(tài),用電本錢高,所以電鍋爐供暖難以大范圍推廣。隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng),使用清潔能源供暖是開展的趨勢(shì),尤其在我國(guó)許多大中城市,燃?xì)忮仩t供暖已經(jīng)成為了主要的供暖形式,許多城市實(shí)施了“煤改氣等一系列工程。天然氣燃燒比其他燃料形式產(chǎn)生更少的氮氧化合物和,燃燒效率也更高,是一種清潔的供暖方式,燃?xì)忮仩t房的設(shè)計(jì)也比燃煤鍋爐更為簡(jiǎn)潔,在管理、運(yùn)行、維護(hù)方面也簡(jiǎn)單,但是要求更為嚴(yán)格。不過(guò),不能否認(rèn)的是目前燃?xì)夤┡拇蠓秶茝V存在不少困難,比方說(shuō)目前處于燃?xì)饫贸跗?容易出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀況,其次燃?xì)獾馁M(fèi)用較高,會(huì)造成許多家庭的負(fù)擔(dān),同時(shí)燃?xì)忮仩t房對(duì)平安性要求高,也是一個(gè)原因,但

9、是增加燃?xì)忮仩t供暖,減少環(huán)境污染,是一個(gè)趨勢(shì)。目前計(jì)算機(jī)控制廣泛應(yīng)用于鍋爐控制系統(tǒng),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論的開展,鍋爐的自動(dòng)運(yùn)行逐漸取代了工人的手工操作,有效的提高了鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性和平安性,而且還大大的降低了人力和物力的消耗,控制系統(tǒng)可直觀的反響鍋爐的工作狀態(tài)信息,并且能保存歷史數(shù)據(jù),為提高鍋爐的工作效率和供暖的經(jīng)濟(jì)效益做出了巨大奉獻(xiàn)。在我國(guó)燃?xì)夤崾且环N新的供熱方式,大量燃?xì)忮仩t投入運(yùn)行后出現(xiàn)了燃?xì)夂牧扛?、鍋爐冷凝水多、鍋爐腐蝕嚴(yán)重、沿用燃煤鍋爐管理方式等諸多問(wèn)題,甚至出現(xiàn)了平安事故。如何在保證供暖質(zhì)量的根底上降低燃?xì)赓M(fèi)用,延長(zhǎng)鍋爐使用壽命,保證燃?xì)忮仩t平安穩(wěn)定運(yùn)行,提高設(shè)備管理水平等問(wèn)

10、題亟待解決,所以開發(fā)一種高效節(jié)能的鍋爐控制系統(tǒng)是很有必要的【司。西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展在國(guó)外,燃?xì)夤嵋呀?jīng)使用幾十年,燃?xì)夤峒夹g(shù)非常成熟,不僅在平安、節(jié)能、延長(zhǎng)鍋爐使用壽命、自動(dòng)控制和通信方面處于領(lǐng)先地位,而且實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守。例如美國(guó)、日本、俄羅斯、德國(guó)等國(guó)已實(shí)現(xiàn)了集中供暖的自動(dòng)控制和管理。供暖的自動(dòng)化管理可以有效地提高平安性和經(jīng)濟(jì)效益。例如北歐的 監(jiān)控系統(tǒng),通過(guò)安裝溫控閥,根據(jù)室內(nèi)溫度以及室外溫度的變化,熱力站自動(dòng)調(diào)節(jié)供暖溫度,還可以實(shí)現(xiàn)變流量運(yùn)行。資料說(shuō)明,瑞典集中供熱的熱損失比我國(guó)少%。國(guó)內(nèi)對(duì)供暖鍋爐的研究起步較晚,由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件等原因,相比國(guó)外有不小的差距。燃?xì)忮?/p>

11、爐的關(guān)鍵部件是燃燒器。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的燃?xì)忮仩t配用國(guó)內(nèi)燃燒器的比例很小,大局部采用威索,歐克、利雅路、力威、扎克等進(jìn)口燃燒器。大多數(shù)鍋爐控制系統(tǒng)可控制的還是開關(guān)量設(shè)備,如風(fēng)機(jī)、爐排和水泵的開關(guān)或者閥門控制,不能對(duì)他們精確連續(xù)調(diào)節(jié),控制手段單一,控制精度低。我國(guó)的鍋爐目前以煤為主要燃料,耗煤量接近全國(guó)煤產(chǎn)量的三分之一,燃用的主要是中、低質(zhì)煤,工業(yè)污染十分嚴(yán)重。年代,鍋爐根本上都是靠人手工操作的,幾乎沒(méi)有自動(dòng)化系統(tǒng)。到了、年代,由常規(guī)儀表和調(diào)節(jié)儀表構(gòu)成的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)出現(xiàn)在了鍋爐控制中,它比人工操作平安可靠,所以已經(jīng)用于許多企業(yè),也解決了許多人工操作時(shí)代未解決的問(wèn)題,但是,當(dāng)時(shí)我國(guó)的儀表技術(shù)水平還不是

12、很高,元件和工藝相對(duì)落后,所以模擬系統(tǒng)難以滿足生產(chǎn)的開展。到了年代,計(jì)算機(jī)已經(jīng)成功運(yùn)用于多種控制場(chǎng)合,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)大大推動(dòng)了控制系統(tǒng)的性能,控制精度高,運(yùn)算速度快,無(wú)論對(duì)實(shí)時(shí)控制還是分時(shí)控制都有很好的控制效果,同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜的控制規(guī)律。到了世紀(jì),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速開展,對(duì)鍋爐的控制更加便捷平安可靠,信息交流方便,更加推進(jìn)了鍋爐控制的開展。從控制方法上說(shuō),歐美等興旺國(guó)家對(duì)風(fēng)機(jī)和水泵等電機(jī)的變頻控制已經(jīng)相當(dāng)成熟,自世紀(jì)年代以來(lái),模糊控制、自適應(yīng)控制等智能控制算法的開展以及應(yīng)用,在實(shí)際中取得了良好的控制效果。具體控制方法方面,在國(guó)內(nèi)常規(guī)控制是使用最廣泛的控制方法,控制方法原理簡(jiǎn)單、使用方便,但

13、控制需要知道被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型,但是供暖系統(tǒng)總體是一個(gè)大慣性、大滯后的非線性系統(tǒng),一方面很難建立精確的數(shù)學(xué)模型,另一方面由于對(duì)象不確定性,控制參數(shù)不能始終保證最優(yōu),所以控制精度一般。在控制芯片方面,以往控制芯片大多項(xiàng)選擇取單片機(jī),由于單片機(jī)受位數(shù)以及硬件資源的限制,所以處理能力有限,對(duì)于實(shí)時(shí)多任務(wù)的要求不能滿足,而一般鍋爐控制系統(tǒng)需要處理溫度、壓力、流量等許多物理量,所以對(duì)控制芯片性能要求較高。并且單片機(jī)不能運(yùn)行大型操作系統(tǒng),所以對(duì)于大型任務(wù)就顯得比擬吃力。芯片比單片機(jī)有更強(qiáng)大的處理能力,更豐富的硬件資源,而且支持多種編程語(yǔ)言,尤其是在圖像和網(wǎng)絡(luò)功能方面,有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。由于芯片能運(yùn)行、 、

14、等嵌入式操作系統(tǒng),所以用其開發(fā)的系統(tǒng)功能更是優(yōu)于單片機(jī)系統(tǒng),以系統(tǒng)為例,內(nèi)核包含了進(jìn)第章緒論嵌入式技術(shù)更適合鍋爐控制系統(tǒng)。.嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),一般由嵌入式微處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、外圍硬件設(shè)備和用戶應(yīng)用程序局部組成。嵌入式設(shè)備在日常生活中隨處可見(jiàn),在消費(fèi)電子方面有 、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱等;在軍事方面有雷達(dá)、武器控制裝置等;在工業(yè)控制方面有各種儀表、控制系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人等,嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面。嵌入式系統(tǒng)始于世紀(jì)年代,公司首先推出了世界上第一個(gè)微處理芯片,其后各公司推出了多種、位微處理器,通過(guò)這些微處理器構(gòu)成單板計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

15、。世紀(jì)年代,單片機(jī)的誕生是單片機(jī)歷史上的里程碑,與單板機(jī)相比,單片機(jī)體積大大減小,功耗和本錢下降,可靠性提高,值得一提的是這個(gè)時(shí)期嵌入式操作系統(tǒng)也開始被運(yùn)用于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā),雖然功能較為簡(jiǎn)單,但是能實(shí)現(xiàn)任務(wù)管理、數(shù)據(jù)通信、中斷處理等功能,提高了開發(fā)效率,比擬著名的有公司的、公司的、公司的等。世紀(jì)年代,嵌入式應(yīng)用飛速開展,位嵌入式處理器已經(jīng)成為高中端嵌入式應(yīng)用和設(shè)計(jì)的主流,位體系已成為一種事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn),此時(shí)出現(xiàn)了操作系統(tǒng),并且在嵌入式領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用,處理器加嵌入式操作系統(tǒng)成為了一種經(jīng)典的嵌入式開發(fā)組合。進(jìn)入世紀(jì),嵌入式技術(shù)日趨成熟,隨著互聯(lián)網(wǎng)的開展,嵌入式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化功能越來(lái)越高,市場(chǎng)需求

16、也越來(lái)越巨大,各種嵌入式設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用,繼續(xù)展現(xiàn)出很好的開展趨勢(shì)。是 高級(jí)精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)處理器的縮寫,是由英公司開發(fā)出來(lái)的一套處理器體系。公司將技術(shù)授權(quán)給全球不同的芯片生產(chǎn)商進(jìn)行生產(chǎn),如、三星、等公司,而公司自己并不進(jìn)行生產(chǎn),只負(fù)責(zé)提供技術(shù)?；谔幚砥鞯募夹g(shù)約占位處理器%以上的份額,它一般具有體積小、功耗低、本錢低、性能高、速度快等優(yōu)勢(shì)。而系列具有的一個(gè)很重要的特點(diǎn)是具有全性能的,支持、等多種嵌入式操作系統(tǒng),可大大加強(qiáng)嵌入式系統(tǒng)的性能。與嵌入式技術(shù)緊密相關(guān)的是操作系統(tǒng)。從年誕生到現(xiàn)在,以其體積小、可裁剪、運(yùn)行速度高、良好的網(wǎng)絡(luò)性能等優(yōu)點(diǎn),開展為一款功能十分強(qiáng)大的操作系統(tǒng),具備內(nèi)存管理、進(jìn)程

17、管理、虛擬文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理等眾多功能,它可運(yùn)行在、等多種硬件平臺(tái),而且它還完全開放源代碼,所以這就可以大大的降低開發(fā)本錢,同時(shí)也對(duì)一些主流的收費(fèi)嵌入式系統(tǒng),如微軟的 等,形成了巨大的挑戰(zhàn),也因此得到全世界很多開源愛(ài)好者的親睞,更加促進(jìn)了的進(jìn)步與開展。西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.本課題所做工作本文主要分為四局部:緒論局部、理論研究局部、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)局部和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)局部。本人所作的工作主要有:通過(guò)對(duì)燃?xì)鉄崴仩t供暖系統(tǒng)的分析,得出控制方案。對(duì)常規(guī)控制、模糊控制和動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制進(jìn)行了研究,并通過(guò)進(jìn)行了仿真,比照不同參數(shù)對(duì)控制效果的影響?；陂_發(fā)板的控制器硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),主要有/轉(zhuǎn)換電路

18、、/轉(zhuǎn)換電路、觸摸屏電路等。在操作系統(tǒng)下,完成了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),主要有交叉工具鏈的建立、/驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)、控制程序編寫等,另外利用/開發(fā)了圖形界面,實(shí)現(xiàn)了良好的人際交互。西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文控制電磁閥到達(dá)控制回水壓力的目的?？偟膩?lái)說(shuō),對(duì)熱水鍋爐供暖系統(tǒng)的控制主要分為兩個(gè)方面,即燃燒系統(tǒng)控制和管網(wǎng)系統(tǒng)控制,燃燒系統(tǒng)決定了鍋爐的出水溫度,而對(duì)燃?xì)鉄崴┡仩t最主要的控制是對(duì)出水溫度的控制,所以本文主要研究對(duì)鍋爐出水溫度的控制,設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng),使鍋爐的出水溫度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,其他方面的控制可作為輔助研究。.燃?xì)鉄崴┡仩t出水溫度的控制策略分析現(xiàn)主要有三種集中供暖系統(tǒng)控制方式,通過(guò)改變

19、鍋爐出水回水溫度的方式稱之為質(zhì)調(diào),通過(guò)改變供熱熱水流量的方式稱之為量調(diào),通過(guò)改變熱用戶使用熱源的時(shí)間長(zhǎng)短稱為間歇式供暖。本文選取目前應(yīng)用較多的改變鍋爐出水溫度的方式進(jìn)行質(zhì)調(diào)。熱水鍋爐的出水溫度控制即鍋爐的燃燒系統(tǒng)的控制,出水溫度的設(shè)定值與室外溫度以及消耗熱量負(fù)荷的變化相關(guān),每天不同時(shí)段,根據(jù)室外溫度計(jì)算出鍋爐出水溫度的設(shè)定值,以出水溫度為信號(hào),改變?nèi)剂系倪M(jìn)氣量,到達(dá)出水溫度與設(shè)定值一致。本課題中,通過(guò)改變?nèi)細(xì)忾y的開度,改變進(jìn)氣量,從而到達(dá)改變出水溫度的目的,控制系統(tǒng)框圖如下圖:。翮一燃?xì)忾y 鍋爐出水溫度給定 控制器、一出水溫度反響由于本系統(tǒng)是通過(guò)改變?nèi)細(xì)忾y的開度從而到達(dá)控制出水溫度的目的,所以

20、就要找到燃?xì)忾y開度和出水溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。燃燒系統(tǒng)是鍋爐控制系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一個(gè)系統(tǒng),燃料的傳送與燃燒等過(guò)程均屬于這個(gè)系統(tǒng),由于鍋爐的燃燒系統(tǒng)是一個(gè)多變量耦合、化學(xué)反響復(fù)雜的控制系統(tǒng),所以直接建立精確的數(shù)學(xué)模型有很大的難度,所以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法建立數(shù)學(xué)模型是較理想的方法【?！?。由資料可知,為了研究方便,鍋爐系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型可近似為一階慣性純滯后環(huán)節(jié),如下式所示:九:一一乃.實(shí)驗(yàn)法確定模型的具體參數(shù),可由開始給燃?xì)忾y一個(gè)開度,相當(dāng)于給了一個(gè)階躍輸入,選定采樣周期對(duì)出水溫度進(jìn)行采樣,當(dāng)水溫趨向于平穩(wěn)后,可認(rèn)為系統(tǒng)輸出穩(wěn)定,然后利用輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí),就可得到具體的傳遞函數(shù)。由于鍋爐的工況較為復(fù)第

21、章燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究雜,所以很難建立精確的數(shù)學(xué)模型,模型可能不斷變化,模型的參數(shù)也會(huì)不斷變化,經(jīng)過(guò)分析,本文取傳遞函數(shù)為式.:“ 。而鬲.常規(guī)控制調(diào)節(jié)器按偏差的比例、積分、微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器,是工業(yè)控制中應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,參數(shù)易于調(diào)整。在工程使用中,控制算法一直以使用方便、控制效果良好而備受親睞。在模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,控制算法的表達(dá)式為:煳咿扣懈華.式中,為調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào);為偏差信號(hào),它等于給定量與輸出量之差;為比例系數(shù);為積分時(shí)間常數(shù);為微分時(shí)間常數(shù)對(duì)式兩邊進(jìn)行拉普拉斯變換,有:一【,魯。式中,和分別為和的拉普拉斯變換,、分別為控制器的比例、積分、微分系數(shù),與

22、參數(shù)之間的關(guān)系如下:礦.,半,如%硨,由于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中需要設(shè)計(jì)數(shù)字控制器,所以就要將式.離散化,用離散的差分方程來(lái)代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程。將連續(xù)的時(shí)間離散化,即以采樣時(shí)刻點(diǎn)代表連續(xù)時(shí)間,以累加求和近似代替積分,以一階后向差分近似代替微分,得:協(xié)丁妻酊恥丁丟町,.一尼一一丁衍 .其中:一一:一“尼:七尼吾圭卅孕七叫,竽掣州驢泣,西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文這就是位置式算法。根據(jù)遞推原理可得:一,一一尼一.從而可得增量式控制算法:甜尼一材七一.歸并處理后可得:.一一其中:%巧吾等,巧芋,錫巧等因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)控制中,、都可以事先求出,所以,實(shí)際控制時(shí)只需獲得、.和.個(gè)有限的偏差值即可求出控制增量【?？刂?/p>

23、器的參數(shù)整定方法主要有理論計(jì)算法和工程整定法,本論文中根據(jù)工程整定.法得到控制效果較良好的參數(shù)為.,. ,?.,在 下以單位階躍信號(hào)為給定做仿真如圖.,結(jié)果如圖.:圖仿真模塊第章燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究圖?系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)結(jié)果由上圖分析可得系統(tǒng)沒(méi)有超調(diào)量,調(diào)節(jié)時(shí)間也較快?？刂破髦?比例作用增大,可使調(diào)節(jié)時(shí)間變短,穩(wěn)態(tài)誤差降低,但是比例作用過(guò)大,系統(tǒng)穩(wěn)定性能會(huì)下降,甚至?xí)斐上到y(tǒng)振蕩,另外比例控制不能消除靜差;引入積分作用可消除靜差,積分作用的強(qiáng)弱與積分時(shí)間有關(guān),越小,積分作用越強(qiáng),越大,積分作用越弱,但是參加積分環(huán)節(jié)會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢;微分時(shí)間常數(shù)選擇適宜的情況下能有效降低超

24、調(diào),減小調(diào)節(jié)時(shí)間,但過(guò)強(qiáng)的微分調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。所以的參數(shù)對(duì)控制器的性能有直接的影響,應(yīng)該仔細(xì)整定。下面采用不同的參數(shù)比照控制器的控制效果。取.,嚴(yán).,.時(shí),控制效果如圖.所示:西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖.系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)結(jié)果?分析圖可得過(guò)大時(shí)系統(tǒng)有超調(diào)量且穩(wěn)定性下降,調(diào)節(jié)時(shí)間變長(zhǎng)。取.,.,.時(shí),控制效果如下圖:圖系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)結(jié)果?分析圖可得過(guò)大時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,調(diào)節(jié)時(shí)間變長(zhǎng)。第章燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究.模糊控制.模糊控制介紹模糊控制是以模糊集合論作為它的數(shù)學(xué)根底的,模糊控制就是以計(jì)算機(jī)模擬人的思維方式的一種控制方法。模糊控制主要研究現(xiàn)實(shí)生活中廣泛存在的、定性的、模糊的、非精確

25、信息的信息系統(tǒng)控制問(wèn)題。模糊控制理論不斷開展,模糊控制已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。模糊控制具有以下特點(diǎn):模糊控制規(guī)那么一般是依據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)或者專家知識(shí),故適用于沒(méi)有或難以建立精確數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)。模糊控制是一種反響人類思維的智能控制,模糊量的使用和模糊推理都符合人類大腦的正常思維。 .模糊控制規(guī)那么是人類語(yǔ)言描述或者是由專家經(jīng)驗(yàn)確定的,容易被人理解。模糊控制系統(tǒng)的適應(yīng)性廣,魯棒性好。模糊控制器的結(jié)構(gòu)如圖.所示:?。?。?一一?。?。?。一.一一一?一?一?一。一一一?一 .?一.一?一?一?一.一.一.一?.數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)那么庫(kù)知識(shí)庫(kù)輸入,推理決策精確化接口模糊化接口圖?模糊控制器結(jié)構(gòu)圖? 模糊控制器主要由以

26、下四局部組成:模糊化接口模糊化接口的功能就是把一個(gè)精確的輸入值映射成模糊論域中語(yǔ)言值,并確定語(yǔ)言變量語(yǔ)言值的隸屬度。其過(guò)程主要完成:測(cè)量輸入變量的值,將這些值經(jīng)過(guò)尺度變換到各自的論域范圍,然后把這些量用相應(yīng)的模糊集合來(lái)表示,完成精確量到模糊量的模糊化。知識(shí)庫(kù)知識(shí)庫(kù)是由數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)那么庫(kù)組成的。數(shù)據(jù)庫(kù)包含語(yǔ)言控制規(guī)那么的論域離散化、模糊輸入輸出空間的劃分以及隸屬函數(shù)的定義。規(guī)那么庫(kù)是與過(guò)程操作有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)型知識(shí),是由用西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文模糊條件描述的模糊控制規(guī)那么構(gòu)成。推理決策邏輯模糊控制器的核心是推理決策邏輯,它利用知識(shí)庫(kù)的信息模擬人類的推理決策過(guò)程,給出適宜的控制量,它的實(shí)質(zhì)是模糊邏輯推理

27、。精確化接口通過(guò)模糊推理得到的結(jié)果是一個(gè)模糊集合,不能直接在實(shí)際中使用,還需作一次轉(zhuǎn)換,將模糊量轉(zhuǎn)換為精確量的數(shù)字量,然后由其確定實(shí)際的控制量。.模糊控制器的設(shè)計(jì).控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模糊控制器的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是指確定模糊控制器的輸入輸出變量、模糊化方法、模糊推理規(guī)那么和清晰化計(jì)算方法等,控制器的結(jié)構(gòu)直接與控制器的性能相關(guān)。輸出系統(tǒng),如果有多個(gè)控制量和輸出量,就是多輸入一多輸出系統(tǒng)。在實(shí)際使用中,應(yīng)用個(gè)輸入,那么稱作一維模糊控制器,如果有多個(gè)那么稱作多維模糊控制器。由于一維模糊控制器只有一個(gè)輸出量,所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用容易,但此類控制器只考慮系統(tǒng)的誤差,只要誤差接近,不管誤差變化的趨勢(shì),所以對(duì)控制器的性

28、能有影響。所以在實(shí)際的使用中,用的最多的是二維模糊控制器。所謂的二維模糊控制器是指控制器有兩個(gè)輸入變量,而控制器的輸出仍是一個(gè),結(jié)構(gòu)仍是單輸入.單輸出,且一般取兩個(gè)輸入量分別為誤差和誤差的變化率,輸出為控制量。該種控制器的規(guī)那么一般如下:如果是和是,那么是;:否那么如果是和是,那么是;:否那么如果是和是,那么是。這里,?,、,?,、,?,均為輸入、輸出論域上的模糊子集。其總模糊關(guān)系為:,“巨.二維模糊控制器由于輸入量的增加,相對(duì)于一維模糊控制器,性能大大改善,是目前最為主要的單輸入.單輸出模糊控制系統(tǒng)模糊控制器的結(jié)構(gòu)。就本系統(tǒng)而言,以給定溫度與實(shí)際溫度的誤差和誤差變化率作為模糊控制器的輸入,以

29、燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥的開度為輸出,模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下列圖所示:第章燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究溫度給。:二硒。一一?疊芝一蝴洲器卜屯衛(wèi)?咂釅圖出水溫度模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.模糊空間的劃分、論域、量化因子及比例因子根據(jù)系統(tǒng)的特性,取誤差的物理論域?yàn)?,誤差變化率的物理論域?yàn)?,控制增量材的物理論域?yàn)?,;輸入輸出三個(gè)變量的模糊論域均取為【,根據(jù)量化因子及比例因子的定義,可得量化因子和比例因子分別為:而麗,而,屯吾.根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),量化因子和比例因子對(duì)控制器的性能影響很大,應(yīng)當(dāng)非常仔細(xì)的選取,以上結(jié)果只是理論上的計(jì)算,在實(shí)際應(yīng)用中很有可能不適用,引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定,所以本文在仿真時(shí)采取試湊法,得到最適宜的量化

30、因子和比例因子。模糊控制規(guī)那么中每一個(gè)語(yǔ)言變量都有對(duì)應(yīng)的模糊空間,前提中的語(yǔ)言變量對(duì)應(yīng)的是模糊輸入空間,結(jié)論中的語(yǔ)言變量對(duì)應(yīng)的是模糊輸出空間。每個(gè)語(yǔ)言變量都有自己的語(yǔ)言值,每個(gè)語(yǔ)言值又有自己的論域,每個(gè)語(yǔ)言值又是一個(gè)模糊集合,通常把這些語(yǔ)言值定義在相同的論域上,而也就是說(shuō)模糊劃分就是確定每個(gè)語(yǔ)言變量有多少個(gè)語(yǔ)言值,即有多少個(gè)模糊集,根本模糊集又決定一個(gè)模糊控制器的控制分辨率。顯然模糊集的數(shù)目越多,控制器的分辨率越高,但是計(jì)算相對(duì)就復(fù)雜,模糊集數(shù)目越少,計(jì)算簡(jiǎn)單,但是控制精度不高。在溫度控制中,與語(yǔ)言變量溫度誤差、溫度誤差變化率和閥門開度相對(duì)應(yīng)的術(shù)語(yǔ)即語(yǔ)言值一般有負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中

31、、正大等,每一個(gè)語(yǔ)言值都是一個(gè)模糊集合,在相同的模糊論域下有各自的隸屬度。一般語(yǔ)言值的個(gè)數(shù)視情況不同選三個(gè)、五個(gè)或七個(gè),顯然三個(gè)語(yǔ)言值的控制系統(tǒng)控制精度不高,七個(gè)語(yǔ)言值的控制系統(tǒng)運(yùn)算較為復(fù)雜,所以本系統(tǒng)三個(gè)輸入輸出語(yǔ)言變量均選取五個(gè)語(yǔ)言值,即負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大,相對(duì)應(yīng)的符號(hào)為,。每個(gè)語(yǔ)言值對(duì)應(yīng)于論域的隸屬度函數(shù)選取為三角形函數(shù),具體如圖、.、.所示:西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文坦芑凸.圖誤差的隸屬度圖? 芒墼簍. . 圖?誤差變化率的隸屬度圖 第章燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究?.控制規(guī)那么確實(shí)定模糊控制規(guī)那么是操作員的控制經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)而得出一條條模糊語(yǔ)句,每條規(guī)那么確實(shí)定都是為了使系統(tǒng)的動(dòng)

32、態(tài)響應(yīng)的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性最優(yōu)。當(dāng)誤差為的情況,如果此時(shí)誤差變化為或,說(shuō)明誤差有減小的趨勢(shì),為,那么減小的趨勢(shì)快,可以不用施加控制增量,為時(shí),那么可以讓有個(gè)的增量,使系統(tǒng)誤差縮小的更快,如果為、或,說(shuō)明誤差不是沒(méi)有變化的趨勢(shì),就是還有變大的趨勢(shì),所以都應(yīng)該施加的控制增量,將閥門減到最小,以減小誤差。當(dāng)為時(shí),為或時(shí)說(shuō)明都有減少誤差的趨勢(shì),此時(shí)可不用施加控制量,為零或時(shí),為了減小誤差可相應(yīng)施加比擬小的控制增量,當(dāng)為時(shí),說(shuō)明此時(shí)誤差有很大的增大趨勢(shì),所以應(yīng)施加的控制量以減少誤差。當(dāng)為時(shí),說(shuō)明此時(shí)沒(méi)有誤差,控制量的輸出完全取決于誤差變化,誤差變化率很大,那么控制量輸出也很大,誤差變化率很小,那么控制量

33、輸出也小,誤差變化率不變,那么控制量也不變。誤差為和時(shí),分析類似于其為和的情況,此處省略。綜合可得控制規(guī)那么表如下:西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.心.仿真及分析如果是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)模糊控制器,那么在完成上一節(jié)所論述的步驟外,通常需要將連續(xù)論域離散化,離線計(jì)算出一張有具體數(shù)值的模糊規(guī)那么表,再確定精確化方法,但是如果在下仿真,由以上數(shù)據(jù)和選定一種精確化方法本文選重心法就足夠。在:. 下搭建系統(tǒng)如圖.圖. 模糊控制仿真框圖?通過(guò)整定量化因子與比例因子,在.,。,.的情況下,控制效果比擬好,.單位階躍響應(yīng)如圖.第章燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究圖一 系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)結(jié)果?從圖中分析可得,系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間約為左右

34、,但是存在穩(wěn)態(tài)誤差。因?yàn)槟：刂破骼碚撋峡杀徽J(rèn)為是非線性控制器或控制器,沒(méi)有積分作用,所以會(huì)存在穩(wěn)態(tài)誤差。另外量化因子、。和比例因子對(duì)系統(tǒng)的性能影響很大,下面分別取不同的參數(shù),通過(guò)比照響應(yīng)曲線分析其影響。先只增大,分別取兩組參數(shù).,。,。.和.,。,.仿真結(jié)果對(duì):女圖.:?分析上圖可知,越大,系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間越快,穩(wěn)態(tài)誤差越小,但系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間越長(zhǎng),西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文超調(diào)量越大,過(guò)大時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生振蕩。接下來(lái)只增大。,分別取:.,。,。.和., ,.,仿真結(jié)果如下列圖.:圖.參數(shù)變化時(shí)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)圖 分析上圖可知,。越大,超調(diào)量越大,調(diào)節(jié)時(shí)間時(shí)間變長(zhǎng),穩(wěn)態(tài)誤差也增大。只增大,分別取:.,。

35、,.和.,。,.,仿真結(jié)果如下圖.所示:?由上圖分析可知,當(dāng)。增大,系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間加快,但過(guò)大時(shí)系統(tǒng)超調(diào)變大,調(diào)節(jié)時(shí)間增大,影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。第章燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究.動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制.預(yù)測(cè)控制預(yù)測(cè)控制是近年開展起來(lái)的一類新型計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制算法。尤其是對(duì)不能確定精確的數(shù)學(xué)模型或者比擬復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程都有很好的控制效果,所以它一出現(xiàn)就受到國(guó)內(nèi)外工程界的重視,并已在石油、化工、電力、冶金、機(jī)械等工業(yè)部門的控制系統(tǒng)中得到了成功應(yīng)用。現(xiàn)在比擬流行的預(yù)測(cè)控制算法有模型算法控制、動(dòng)態(tài)矩陣控制、廣義預(yù)測(cè)控制和內(nèi)?？刂频鹊?。預(yù)測(cè)控制是一種采樣控制方法,一般以下面三個(gè)原理為根底:.預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)模型應(yīng)具有根據(jù)對(duì)

36、象的歷史信息和未來(lái)輸入預(yù)測(cè)其未來(lái)輸出的功能,它只強(qiáng)調(diào)功能而不強(qiáng)調(diào)其結(jié)構(gòu)形式。預(yù)測(cè)模型可以是狀態(tài)方程、傳遞函數(shù),對(duì)于線性穩(wěn)定對(duì)象,也可以是其階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)。.滾動(dòng)優(yōu)化預(yù)測(cè)控制是一種優(yōu)化控制算法,使得決定未來(lái)行為的某性能指標(biāo)到達(dá)最優(yōu)。未來(lái)行為根據(jù)預(yù)測(cè)模型由未來(lái)的控制策略決定。但與傳統(tǒng)優(yōu)化控制不同的是,預(yù)測(cè)控制中的優(yōu)化是一種有限時(shí)段的滾動(dòng)優(yōu)化,在每一采樣時(shí)刻,優(yōu)化性能指標(biāo)只涉及到從該時(shí)刻起未來(lái)有限時(shí)間內(nèi),到了下一采樣時(shí)刻后,這一優(yōu)化時(shí)段同時(shí)向前推移。.反響校正預(yù)測(cè)控制是閉環(huán)控制算法,當(dāng)通過(guò)優(yōu)化確定一系列未來(lái)控制作用后,系統(tǒng)只實(shí)現(xiàn)本時(shí)刻的控制作用,并不把全部控制作用逐一實(shí)施,以防止模型失配或環(huán)境干

37、擾引起的相對(duì)理想狀態(tài)的控制偏差。為了消除失配、干擾的影響,到下一采樣時(shí)刻,首先檢測(cè)對(duì)象實(shí)際輸出,并利用它對(duì)基于模型的預(yù)測(cè)進(jìn)行修正,然后再進(jìn)行新的優(yōu)化。.動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制是預(yù)測(cè)控制的一種,適用于漸進(jìn)穩(wěn)定對(duì)象。世紀(jì)年代這種算法開始出現(xiàn)并應(yīng)用。動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制也是基于上一節(jié)論述的預(yù)測(cè)控制的三個(gè)根本原理,現(xiàn)分別做介紹。.預(yù)測(cè)模型設(shè)某一被控對(duì)象在單位階躍作用下有如下圖響應(yīng),那么以采樣周期對(duì)其進(jìn)行采樣,得到采樣值為,?,哆 ,丁.其中,為采樣周期,為正整數(shù)。西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖.階躍響應(yīng)由于對(duì)象漸進(jìn)穩(wěn)定,階躍響應(yīng)時(shí)刻后將趨于平穩(wěn),以至于時(shí)與近似為該階躍響應(yīng)的穩(wěn)定。這樣,動(dòng)態(tài)信息就可以

38、用有限集合,?,描述,這個(gè)集合的參數(shù)構(gòu)成了的模型參數(shù),向量,?,稱為模型向量,稱為模型時(shí)域長(zhǎng)度。由于線性系統(tǒng)具有比例性和疊加性,所以利用此模型參數(shù)足以預(yù)測(cè)對(duì)象在未來(lái)的輸出值。在時(shí)刻,假設(shè)控制作用保持不變,對(duì)未來(lái)個(gè)時(shí)刻對(duì)象有初始預(yù)測(cè)值,.?,七,.當(dāng)時(shí)刻有一控制增量“時(shí),在其作用下未來(lái)個(gè)時(shí)刻的輸出為:尼 尼 七,?,.那么未來(lái)類似的,假設(shè)有個(gè)連續(xù)控制增量,?,一作用于對(duì)象,個(gè)時(shí)刻的輸出預(yù)測(cè)值為: .尼。尼,.,.寫成向量形式有:少刪尼尸尼.其中 矩陣稱為動(dòng)態(tài)矩陣。.滾動(dòng)優(yōu)化是一種以優(yōu)化確定控制策略的算法,它的性能指標(biāo)取為:以。七抄, 研尼/一.其中,和為權(quán)系數(shù),分別對(duì)跟蹤誤差和控制量變化進(jìn)行抑制

39、?？刂茊?wèn)題可描述為:以?一】為優(yōu)化后的控制向量,在如上所示的動(dòng)態(tài)模型下使性能指標(biāo)最小。性能指標(biāo)的向量形式為:第章燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究以后七一肼尼】 七一跗尼“乞尺.由極值必要條件塾艘:矗%.求得%尼彳一么眥七一。尼】.上式計(jì)算出了%?一的最優(yōu)值,但中只取即時(shí)控制增量作用于對(duì)象。到下一時(shí)刻,系統(tǒng)再提出類似優(yōu)化問(wèn)題,求出作用于對(duì)象,實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)優(yōu)化。進(jìn)一步可得:尼%尼尼一少。尼。式中,鯽彳?以叫【 ?】.控制向量可離線獲得,求解的在線運(yùn)算只包括向量之差和點(diǎn)積,計(jì)算方便。.反響校正當(dāng)時(shí)刻將實(shí)際加于對(duì)象時(shí),相當(dāng)于在對(duì)象輸入端參加了一個(gè)幅值為的階躍響應(yīng),利用式可算出起作用下的未來(lái)時(shí)刻輸出預(yù)測(cè)值,即:

40、七 .。霓口.。尼是未參加,.,一時(shí)的輸出預(yù)測(cè)值,所以經(jīng)移位后可作為時(shí)刻的初始預(yù)測(cè)值,以進(jìn)行新的優(yōu)化計(jì)算。但由于模型失配、環(huán)境干擾等因素,預(yù)測(cè)值可能會(huì)偏離實(shí)際值,在時(shí)刻,首先檢測(cè)對(duì)象的實(shí)際輸出,獲取誤差:尼尼少尼一.用加權(quán)的方法修正,得到新的預(yù)測(cè)輸出:。七尼加七.由于時(shí)間基點(diǎn)的變動(dòng),將。七的元素移位,便成為時(shí)刻的初始預(yù)測(cè)值即尼尼一七 .寫成向量形式:西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.尼。尼.其中為移位矩陣。綜上所述,可得算法結(jié)構(gòu)圖為:只圖 動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制框圖.動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制仿真由于控制器除了動(dòng)態(tài)矩陣的值由模型本身確定外,其他參數(shù)如控制時(shí)域、優(yōu)化時(shí)域、誤差權(quán)矩陣和控制權(quán)矩陣等參數(shù)均未確定,所以參數(shù)的

41、取值將對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生很大的影響。下面討論各參數(shù)的選取以及仿真情況。采樣周期和模型長(zhǎng)度采樣周期應(yīng)滿足香農(nóng)采樣定理,并和對(duì)象的特性有關(guān)。對(duì)于一階慣性純滯后環(huán)節(jié),可取采樣周期小于等于時(shí)間常數(shù)的十分之一;而模型長(zhǎng)度一般選取為之間?？刂茣r(shí)域與優(yōu)化時(shí)域優(yōu)化時(shí)域必須包括對(duì)象的主要?jiǎng)討B(tài)變化過(guò)程,因此優(yōu)化時(shí)域必須超過(guò)對(duì)象階躍響應(yīng)的時(shí)滯局部,并覆蓋動(dòng)態(tài)響應(yīng)的主要局部,過(guò)小,系統(tǒng)響應(yīng)快,但穩(wěn)定性降低,過(guò)大,系統(tǒng)誤差小,但反響變慢;控制時(shí)域確定了未來(lái)控制增量變化的次數(shù),一般情況下尸,越小,控制器精度就越低,控制效果變差,過(guò)大,會(huì)提高精度,但是也會(huì)增加運(yùn)算次數(shù),使系統(tǒng)響應(yīng)變慢。誤差權(quán)矩陣、控制權(quán)矩陣、校正參數(shù)可先取誤差

42、權(quán)系數(shù),為或,然后根據(jù)誤差情況整定,如果誤差過(guò)大,那么增大,。在整定時(shí),可先取,如果控制誤差過(guò)大,可適當(dāng)增大。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明,一個(gè)很小的可使控制量變化趨于平穩(wěn)。誤差校正向量是算法中唯一直接可調(diào)參數(shù),可獨(dú)立于其他參數(shù)設(shè)計(jì),其選擇應(yīng)兼顧到抗干擾和魯棒性。下面選定一組參數(shù),使用的工具箱函數(shù)進(jìn)行仿真,其中,?取,結(jié)果如圖:.?取,結(jié)果:西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖.參數(shù)變化時(shí)對(duì)象單位階躍響應(yīng)圖 比照三組不同參數(shù),當(dāng)只增大或者只減小時(shí),系統(tǒng)穩(wěn)定性明顯變差,仿真結(jié)果與之前分析相吻合【.。綜合分析本章介紹的三種控制方法,對(duì)于精確的控制對(duì)象,常規(guī)控制不僅算法簡(jiǎn)單,而且控制效果也相當(dāng)理想,是性價(jià)比很高的一種控制方法;模

43、糊控制算法由于沒(méi)有引入積分作用,所以理論上總是存在穩(wěn)態(tài)誤差的,此外控制規(guī)那么確實(shí)定、量化因子、比例因子的選取等因素都對(duì)控制器的性能有較大影響。動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制,雖然從控制結(jié)果來(lái)看響應(yīng)曲線過(guò)渡沒(méi)有常規(guī)控制平滑,但是響應(yīng)速度很快,控制效果也較理想。對(duì)于精確對(duì)象控制,使用常規(guī)控制已經(jīng)足夠,但是模糊控制和預(yù)測(cè)控制有自身優(yōu)點(diǎn),鍋爐系統(tǒng)身就是一個(gè)復(fù)雜的被控對(duì)象,存在非線性、大滯后、數(shù)學(xué)模型不確定等等因素,所以在實(shí)際使用中,模糊控制和動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制正是在這種情況下才能發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì),取得比常規(guī)更好的控制效果。第章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件平臺(tái)設(shè)計(jì).系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)根據(jù)本課題的要求,需要設(shè)計(jì)一個(gè)鍋爐出水

44、溫度控制器,控制器結(jié)構(gòu)圖如下:圖.鍋爐出水溫度控制器結(jié)構(gòu)圖 ? 本課題主要控制目標(biāo)為維持鍋爐出水溫度穩(wěn)定,所以需要通過(guò)溫度檢測(cè)電路,將溫度的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)/轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,送到芯片處理后將控制量經(jīng)過(guò)/轉(zhuǎn)換作用于燃?xì)忾y,從而改變閥開度,改變進(jìn)氣量,來(lái)穩(wěn)定鍋爐的出水溫度,此外還需要控制電路實(shí)現(xiàn)觸摸屏功能。本系統(tǒng)控制核心采用深圳優(yōu)龍公司的開發(fā)板,由于開發(fā)板上集成有串口、電源、時(shí)鐘、存儲(chǔ)等模塊,所以大大降低了開發(fā)難度,縮短了開發(fā)時(shí)間。是公司推出的/位處理器,主要面向手持設(shè)備和一般高性價(jià)比、低功耗的應(yīng)用。開發(fā)中主要相關(guān)的片上功能如下:.的口供電,自帶控制器,通道的和通道的,個(gè)主設(shè)備端,個(gè)從設(shè)備接口.版

45、;個(gè)通用/口和通道外部中斷源;通道位和觸摸屏接口等。開發(fā)板提供了豐富的硬件資源,與本文相關(guān)的有:處理器:采用三星 ,主頻可達(dá);存儲(chǔ)器的內(nèi)存;的:的 ;串口兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)線串口;西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)口,帶指示燈;接口兩個(gè).接口其中一個(gè)與復(fù)用,通過(guò)跳線塊選擇;一個(gè). 接口它與接口復(fù)用,通過(guò)短路塊選擇;帶觸摸屏功能的色/.英寸液晶屏;電源接口開關(guān)電源供電,輸入直流電壓范圍是推薦使用,帶電源開關(guān)和指示;其他一個(gè)用來(lái)驗(yàn)證總線讀寫;十六個(gè)小按鍵;四個(gè);一個(gè)蜂鳴器帶使能控制的短路塊;一個(gè)精密可調(diào)電阻接到引腳上用來(lái)驗(yàn)證模數(shù)轉(zhuǎn)換。.枷轉(zhuǎn)換電路處理器內(nèi)部集成了多種控制接口,自帶路位的/轉(zhuǎn)換器,用于支持對(duì)于

46、觸摸屏輸入的控制,而且足以滿足外部模擬量采集的需要,本系統(tǒng)就采用其自帶的/轉(zhuǎn)換器。在實(shí)際運(yùn)行中,溫度變送器將溫度轉(zhuǎn)換為的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào),通過(guò)檢測(cè)電阻采樣電壓信號(hào),將電壓信號(hào)送入/控制器,把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量進(jìn)行處理,但在調(diào)試或?qū)崿F(xiàn)的特殊場(chǎng)合,我們可以使用開發(fā)板的另一功能,開發(fā)板上引腳是模擬量輸入引腳,將一個(gè)電位器并聯(lián)一個(gè)電容后接到引腳,通過(guò)不斷改變電位器阻值的大小,可以改變接口輸入的電壓值,由此可以模擬不同的模擬量輸入,為系統(tǒng)的調(diào)試和實(shí)驗(yàn)提供了方便。/電路圖如下列圖所示:第章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)圖/轉(zhuǎn)換電路圖/./轉(zhuǎn)換電路內(nèi)部沒(méi)有集成/轉(zhuǎn)換器,因此就需要外擴(kuò)/轉(zhuǎn)換電路,完成/轉(zhuǎn)換功能。本系統(tǒng)采

47、用公司推出的低功耗/芯片。是位串行/轉(zhuǎn)換芯片,支持單供電和雙供電方式,并且該芯片對(duì)于包括偏移、增益和線性誤差在內(nèi)的各項(xiàng)誤差均已調(diào)整,所以應(yīng)用非常簡(jiǎn)單,不需要再度校正?？赏ㄟ^(guò)寫入兩個(gè)位長(zhǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行編程,其寫入的先后順序?yàn)閭€(gè)填充位,個(gè)數(shù)據(jù)位和最低兩位的。最高位的填充位只有當(dāng)采用菊花鏈方式鏈接時(shí)必須寫入,而低的兩位那么一定要寫入。當(dāng)且僅當(dāng)片選有效時(shí),數(shù)據(jù)在的上升/轉(zhuǎn)換存放器中,修改原存放器內(nèi)容。與處理器之間可以使用、和中的任何一種串行通信方式,本文采用嚴(yán)格按照芯片時(shí)序編程,與處理器進(jìn)行通信。電路圖如圖.所示,該電路中,采用的是單極性工作模式,輸出電壓范圍為參考電壓由片內(nèi)電路形成,為.,所以該電路的輸

48、出電壓為.。主要有四個(gè)引腳與連接,分別是:數(shù)據(jù)輸入端:該管腳用于接收串行數(shù)據(jù),與的腳連接,根據(jù)芯片的要求,填充位與需要/轉(zhuǎn)換的數(shù)值通過(guò)該引腳逐位打入的存放器。串行時(shí)鐘:該管腳用于接收串行通信的時(shí)鐘信號(hào),與的連接,按照芯片的要求,芯片會(huì)在的上升沿讀取數(shù)據(jù)。片選信號(hào):該管腳為芯片的片選信號(hào),低電平有效,只有當(dāng)?shù)碗娖綍r(shí)才能接收數(shù)據(jù),而在跳變到高電平時(shí)芯片進(jìn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,該管腳直接與的連接。西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文去除端:該管腳為低電平時(shí)異步去除存放器的所有位,直接與的連接。/電路如下列圖所示:一一一一圖. 緩轉(zhuǎn)換電路/.電路屏選用的是。寸,像素,液晶屏,帶觸摸屏,控制器使用的內(nèi)部集成的控制器。內(nèi)置

49、的控制器的信號(hào)由一個(gè)芯的接口全部引出,支持黑白、級(jí)、灰度、級(jí)灰度、色、色、真彩液晶屏,本系統(tǒng)選用三星公司的色/.英寸帶觸摸屏的液晶屏?？刂破餍盘?hào)的引出如下圖【。】:第章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)肺 圖控制信號(hào)引出電路圖系統(tǒng)的硬件實(shí)物圖如圖.所示:.嵌入式開發(fā)環(huán)境的建立.系統(tǒng)開發(fā)流程嵌入式系統(tǒng)軟件最終會(huì)集中生成到一個(gè)叫映像文件的文件,從的結(jié)構(gòu)就可以看出嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)所要做的工作,一般從底層到上層的布局如圖.所示:圖的一般結(jié)構(gòu)? 其中最底層的是系統(tǒng)的引導(dǎo)加載程序,相當(dāng)于被人們熟悉的中的,通過(guò)的引導(dǎo),加載真正嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核 ,內(nèi)核之上就是設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序 ,然后是根文件系統(tǒng) ,最上層是應(yīng)用程序。當(dāng)程序員開發(fā)一個(gè)基于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用時(shí),首先要用相關(guān)工具在宿主機(jī)上開發(fā)如機(jī)上的系統(tǒng),然后通過(guò)交叉編譯,生成能運(yùn)行在目標(biāo)板如開發(fā)板上的代碼,最終發(fā)布應(yīng)用。通?；谙到y(tǒng)的開發(fā)步驟如下:硬件系統(tǒng)的開發(fā):如選擇微處理器及所需外設(shè);建立交叉編譯工具鏈:為了能夠在的體系下產(chǎn)生體系下可執(zhí)行的代碼必須建立交叉編譯工具;開發(fā):完成系統(tǒng)引導(dǎo)及主要硬件的初始化工作;移植內(nèi)核:如本文使用的經(jīng)過(guò)裁剪的嵌入式.內(nèi)核;根文件系統(tǒng)