逻辑组态控制器的研究与实现
发布时间：2021-10-14 17:18
现代工业生产过程控制领域，特别是中小型生产过程控制场合，高性能控制器与现场数据采集模块组合，实现流程工业自动化控制，已经是广泛应用而且被业界认可并不断研究、完善的模式。这种模块化的控制方案具有成本低廉、安装调试快捷、扩展维护方便和鲁棒性强等优点。利用高性能的嵌入式微处理器作为整个控制器的核心，既能够按需求采集现场数据，又能够实现各种控制算法，完成控制要求。论文以过程控制为背景，研制了基于嵌入式微处理器、可逻辑组态的控制器模块。控制器模块可以解释执行上位机对控制器中的功能算法模块的组态程序，实现单闭环回路、双闭环回路、前馈控制和串级控制等功能。主要研究内容有：1.研发基于嵌入式微处理器、可组态的工业控制器。完成控制器硬、软件设计和控制器样机；2.基于实时操作系统uC/OS-Ⅱ平台，分析、研究任务间的同步、组态序列的解析方法以及通信任务的状态转换等程序设计中影响系统实时性、鲁棒性的因素；3.深入分析嵌入式TCP/IP协议栈，完成uC/OS-Ⅱ平台下LwIP的移植。整个系统分为上位机组态系统与控制器两个部分。支持以控制系统图形化编程为基础的过程控制。控制器以嵌入式芯片STM32F103ZET...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
控制系统整体架构
几种不同的输入方式。功能模块输入参数来源编码格式如图 2.3 所示，长度为 1 个字节。图2.3 输入参数来源编码帧格式2.2.4 PID 参数编码帧格式在过程控制领域，PID 以其鲁棒性好、原理简单和应用面广等优点，被广泛应用于工业过程控制中[20]。现在，各大厂商生产的 PID 控制器有很多种，均能实现不错的控制效果。课题采用 C 语言编程实现几种常规的 PID 算法。以下是 PID 算法的各
积分环节 I：主要是为了消除稳态误差，提高系统的控制精度。积分作用对误取决于时间的积分，时间越长，积分作用越明显，从而推动控制器输出使稳态误减小。微分环节 D：主要对误差的变化率发生作用，能在误差变得太大之前施加合适控制，具有预见性。它可以改善系统的动态性能，能使系统的响应速度加快，调时间减小。课题为了满足工业现场不同的控制要求，在控制器的功能模块库实现了几种用 PID 算法，如普通 PID，模糊 PID 等，用户可以在系统运行过程中通过调整 P参数值，达到最佳的控制效果。课题中设计 PID 模块参数编码帧格式主要用来传用户设定的 PID 算法模块的 Kp，Ki 和 Kd 三个参数，帧长度为 8 个字节。帧格式第一个字节为 PID 模块在当前控制回路中的回路号，第二个字节为 PID 模块在当控制回路的流水号，因为每个模块在控制回路中的流水号是唯一的，这样就能确出三个参数是属于回路中哪一个 PID 算法模块。Kp、Ki、Kd 分别用 2 个字节的空进行存储。PID 参数编码帧格式如图 2.4 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊PID控制器的控制方法研究[J]. 王述彦,师宇,冯忠绪. 机械科学与技术. 2011(01)
[2]μCOS-II在ARM920T上的移植[J]. 吴迪. 科技资讯. 2010(30)
[3]LwIP协议栈在μC/OS-Ⅱ上的移植和应用[J]. 张翠,邓志良. 微计算机信息. 2010(08)
[4]基于uC/OS-II与ARM平台的LwIP移植[J]. 傅成龙,严殊. 西南科技大学学报. 2009(03)
[5]μC/OSⅡ下LwIP协议栈的移植和测试[J]. 程明,余中华,苏艳苹,郭小飞. 微计算机信息. 2008(23)
[6]有限状态机在RTC设计中的分析与应用[J]. 周飚,谢晓阳. 计算机系统应用. 2008(05)
[7]基于软件组件技术的智能仪表软件系统[J]. 陆坦,乔毅,元云飞. 仪表技术与传感器. 2007(02)
[8]新型以太网控制器ENC28J60及其接口技术[J]. 周晓阳,程红,张晓媛. 单片机与嵌入式系统应用. 2006(08)
[9]PID控制器设计与参数整定方法综述[J]. 杨智,朱海锋,黄以华. 化工自动化及仪表. 2005(05)
[10]工业以太网技术的发展现状及趋势[J]. 毕旭,李孝茹,傅志中. 自动化与仪器仪表. 2005(03)
硕士论文
[1]基于自组织无线传感器网络的工业数据采集系统[D]. 吴战国.内蒙古科技大学 2011
[2]基于组态软件的PLC实验教学系统[D]. 王春.西华大学 2009
[3]基于ARM的轻量级TCP/IP协议栈的移植及应用[D]. 陈伟.山东轻工业学院 2009
[4]基于ARM的LwIP协议栈研究与移植[D]. 董向阳.哈尔滨理工大学 2009
[5]可软件组态的工业控制器模块的开发[D]. 苏智胜.华中科技大学 2006
[6]基于工业以太网的控制器研究与开发[D]. 王霄峡.浙江大学 2005
[7]工业以太网的实时调度及系统设计[D]. 宰守刚.浙江大学 2003
本文编号：3436537
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
控制系统整体架构
几种不同的输入方式。功能模块输入参数来源编码格式如图 2.3 所示，长度为 1 个字节。图2.3 输入参数来源编码帧格式2.2.4 PID 参数编码帧格式在过程控制领域，PID 以其鲁棒性好、原理简单和应用面广等优点，被广泛应用于工业过程控制中[20]。现在，各大厂商生产的 PID 控制器有很多种，均能实现不错的控制效果。课题采用 C 语言编程实现几种常规的 PID 算法。以下是 PID 算法的各
积分环节 I：主要是为了消除稳态误差，提高系统的控制精度。积分作用对误取决于时间的积分，时间越长，积分作用越明显，从而推动控制器输出使稳态误减小。微分环节 D：主要对误差的变化率发生作用，能在误差变得太大之前施加合适控制，具有预见性。它可以改善系统的动态性能，能使系统的响应速度加快，调时间减小。课题为了满足工业现场不同的控制要求，在控制器的功能模块库实现了几种用 PID 算法，如普通 PID，模糊 PID 等，用户可以在系统运行过程中通过调整 P参数值，达到最佳的控制效果。课题中设计 PID 模块参数编码帧格式主要用来传用户设定的 PID 算法模块的 Kp，Ki 和 Kd 三个参数，帧长度为 8 个字节。帧格式第一个字节为 PID 模块在当前控制回路中的回路号，第二个字节为 PID 模块在当控制回路的流水号，因为每个模块在控制回路中的流水号是唯一的，这样就能确出三个参数是属于回路中哪一个 PID 算法模块。Kp、Ki、Kd 分别用 2 个字节的空进行存储。PID 参数编码帧格式如图 2.4 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊PID控制器的控制方法研究[J]. 王述彦,师宇,冯忠绪. 机械科学与技术. 2011(01)
[2]μCOS-II在ARM920T上的移植[J]. 吴迪. 科技资讯. 2010(30)
[3]LwIP协议栈在μC/OS-Ⅱ上的移植和应用[J]. 张翠,邓志良. 微计算机信息. 2010(08)
[4]基于uC/OS-II与ARM平台的LwIP移植[J]. 傅成龙,严殊. 西南科技大学学报. 2009(03)
[5]μC/OSⅡ下LwIP协议栈的移植和测试[J]. 程明,余中华,苏艳苹,郭小飞. 微计算机信息. 2008(23)
[6]有限状态机在RTC设计中的分析与应用[J]. 周飚,谢晓阳. 计算机系统应用. 2008(05)
[7]基于软件组件技术的智能仪表软件系统[J]. 陆坦,乔毅,元云飞. 仪表技术与传感器. 2007(02)
[8]新型以太网控制器ENC28J60及其接口技术[J]. 周晓阳,程红,张晓媛. 单片机与嵌入式系统应用. 2006(08)
[9]PID控制器设计与参数整定方法综述[J]. 杨智,朱海锋,黄以华. 化工自动化及仪表. 2005(05)
[10]工业以太网技术的发展现状及趋势[J]. 毕旭,李孝茹,傅志中. 自动化与仪器仪表. 2005(03)
硕士论文
[1]基于自组织无线传感器网络的工业数据采集系统[D]. 吴战国.内蒙古科技大学 2011
[2]基于组态软件的PLC实验教学系统[D]. 王春.西华大学 2009
[3]基于ARM的轻量级TCP/IP协议栈的移植及应用[D]. 陈伟.山东轻工业学院 2009
[4]基于ARM的LwIP协议栈研究与移植[D]. 董向阳.哈尔滨理工大学 2009
[5]可软件组态的工业控制器模块的开发[D]. 苏智胜.华中科技大学 2006
[6]基于工业以太网的控制器研究与开发[D]. 王霄峡.浙江大学 2005
[7]工业以太网的实时调度及系统设计[D]. 宰守刚.浙江大学 2003
本文编号：3436537
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