購買設(shè)計(jì)請充值后下載，，資源目錄下的文件所見即所得，都可以點(diǎn)開預(yù)覽，，資料完整，充值下載可得到資源目錄里的所有文件。。。【注】：dwg后綴為CAD圖紙，doc,docx為WORD文檔，原稿無水印，可編輯。。。具體請見文件預(yù)覽，有不明白之處，可咨詢QQ:12401814
數(shù)控機(jī)床的選擇
V.V.Epifanov and V.V.Efimov
該機(jī)床與數(shù)控（NC）的最佳滿足相應(yīng)的技術(shù)工藝要求選擇是非常重要的大規(guī)模生產(chǎn)。他們的選擇必須考慮到這兩個機(jī)器最高和最低技術(shù)功能和組件數(shù)量指定工具最有效的?？刹扇煞N辦法在這里：現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床或新設(shè)計(jì)的選擇。
在俄羅斯，沒有俄羅斯的數(shù)控機(jī)床種類繁多，其技術(shù)能力的不同，選擇數(shù)控機(jī)床最有效的給定條件下從可用的選項(xiàng)，參數(shù)和對現(xiàn)有機(jī)床或技術(shù)規(guī)范的現(xiàn)代化發(fā)展新設(shè)計(jì)必須確定。因此，重要的是發(fā)展的最有效的機(jī)床上的信息之間的零件，其制造過程，以及機(jī)床的技術(shù)能力的參數(shù)關(guān)系的基礎(chǔ)上篩選程序。
初步資料庫的機(jī)床部件（藍(lán)光）必須用于識別和推廣，大部分大規(guī)模生產(chǎn)機(jī)械建筑設(shè)施組成部分的功能??等特點(diǎn)。在制訂這樣一個BD在UI'yanovsk地區(qū)。該ESKD的分類用來描述部分，對部分區(qū)域屋宇署包含120000零件類型的信息[1]。
我們現(xiàn)在考慮的革命加工固體方法的數(shù)據(jù)，其蘇的臉形狀，材料和尺寸的空白，精度等參數(shù)。
為此類零件的加工空白的基本方法是機(jī)械切削（94％），盡管浪費(fèi)大量的材料。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，10％的固體革命齒輪鏈組件（GCC），而52％的齒輪類型，其長/直徑比L / D_<0.5。與內(nèi)外圓柱面部位最常見（90％）：這個典型的平穩(wěn)（58.4％）或步驟（37.1％）氣瓶。沒有與圓錐，曲線，或聯(lián)合外部和內(nèi)部表面相當(dāng)少的部分。
為圓柱形零件的毛坯棒線材（72％）和表（13％），與海灣地區(qū)，相應(yīng)的空格棒（72％），鍛件（11％）和沖壓件（8％）。對弱光合金結(jié)構(gòu)鋼毛坯（48％），耐腐蝕鋼（14％），鋁及其合金（15％），和（15％），主要用于有色金屬。該數(shù)據(jù)庫包含的信息對法蘭，盤類零件，并蓋型（L / D _<0.5），袖子，貝殼和心軸（0.5
2）。 （L/D>20）不超過總額的3％以上非剛性部分.
各部分的尺寸分布的分析表明，78％有D <40毫米，而75％的L<50毫米; 90％的零部件有D <100毫米和L <160毫米。
下面的結(jié)果，得到了直徑的精度：
圖 1；在大規(guī)模生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床的選擇算法：1）統(tǒng)計(jì)分析和零件的加工特點(diǎn)概括為2）的平底鍋一組技術(shù)和結(jié)構(gòu)的制定; 3）為盤技術(shù)工藝合理開發(fā)每個組; 4）數(shù)控機(jī)床，其功能和技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工作區(qū)尺寸計(jì)算技術(shù)能力的建立; 5）選擇從現(xiàn)有的選項(xiàng)機(jī)床; 6）技術(shù)規(guī)范發(fā)展現(xiàn)代化的機(jī)器工具或新設(shè)計(jì)創(chuàng)作，7）對現(xiàn)有機(jī)床的現(xiàn)代化; 8）新機(jī)床配置的發(fā)展; 9）設(shè)計(jì)和制造的機(jī)床。
質(zhì)量 5;6 7 8;9 10;11 12;13 14;15
零件，比例％ 8 7 18 12 26 29
與海灣合作委員會的部分內(nèi)容更準(zhǔn)確：
質(zhì)量 6 7 8；9
零件，比例% 20 45 17
泛表面粗糙度值是最常見的如下：
直徑，um 1.6-2.5 3.2-5.0 6.3-10
零件，比例％ 19 27 32
在這些成果的基礎(chǔ)上，對革命固體最典型的特征可以鑒定，并建議可能作出關(guān)于數(shù)控機(jī)床，其性能（技術(shù)能力，尺寸，可靠性，成本等）的選擇是大規(guī)模合適生產(chǎn)。
考慮選擇的圓柱和圓錐磨的Khar'kov和Vil'nyus機(jī)床廠生產(chǎn)的機(jī)器的基本參數(shù)的例子一數(shù)控機(jī)床（圖1）算法[3]。該數(shù)據(jù)庫包括約10,000種受磨零件;約30％是革命的固體。
該部分是按他們的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，這改變了數(shù)塑造的機(jī)床坐標(biāo)至少有一個。因此，所有的器官被分為12組;六
表1
集團(tuán)的零部件
型的零件
部分特征
種類數(shù)目
II,10
對機(jī)床的需求，tool-hr/part
1
法蘭，套筒，貝殼L/D<2
圓柱形外部的階梯和雙面表面中央圓柱內(nèi)表面
3438
524
0.32
2
軸，軸，主軸L/D<2;
階梯圓柱外表面
2424
0.26
3
軸，軸，主軸 l/d<2
階梯圓柱外表面加強(qiáng)中央圓柱內(nèi)表面
0.44
4
法蘭，套筒，貝殼，軸，軸，襯套
階梯圓柱，圓錐，曲線，或聯(lián)合外部和內(nèi)部表面
1032
195.9
0.42
表2
基本功能
輔助功能
沿X軸運(yùn)動塑造
磨削主軸箱和/或表的一部分軸垂直位
沿Z軸運(yùn)動塑造
磨削主軸箱和/或表的一部分沿軸線位移
沿著U軸運(yùn)動塑造
內(nèi)部研磨頭和/或表的一部分軸垂直位移
沿W軸塑造議案
內(nèi)部研磨頭和/或表的一部分沿軸線位移
安裝位移（坐標(biāo)D）
旋轉(zhuǎn)頭
關(guān)于運(yùn)動協(xié)調(diào)?
磨-啟閉旋轉(zhuǎn)主軸
就運(yùn)動進(jìn)行協(xié)調(diào)A
部分旋轉(zhuǎn)主軸
關(guān)于運(yùn)動協(xié)調(diào)C語言
頭部旋轉(zhuǎn)主軸
表3
機(jī)床 機(jī)成型磨削的模塊數(shù) 坐標(biāo)（單位）工作區(qū) 操作工具數(shù) 結(jié)構(gòu)尺寸號
外部和內(nèi)部的圓柱表面和法蘭，套筒，貝殼等磨完
5
50 x*100
125*160
320*160
9
平行系列
對于外部的圓柱表面和軸，軸，主軸，磨等完
2
50*100
50*500
125*500
6
系列
外部和內(nèi)部的圓柱表面磨，襯套，等
3
50*100
50*500
125*500
8
系列
外部和內(nèi)部的外圓磨床，圓錐形，或曲線表面和法蘭，套筒，軸，襯套等
8
320*500
14
平行系列
其中m是組中的部分類型的數(shù)量; IIi是第一期的年產(chǎn)量;Ti是制造部分i有困難;φ是年度經(jīng)營的設(shè)備儲備; K為系數(shù)的相容性表征經(jīng)營結(jié)構(gòu)的研磨技術(shù)的過渡。
>
對零件和其幾何結(jié)構(gòu)特征研磨技術(shù)調(diào)查表明，平行系列加工（金= 0.6-0.65），同時允許幾個表面研磨，是最適合的機(jī)器考慮工具的權(quán)宜之計(jì)。上式的基礎(chǔ)。 （1），一些群體可能被合并，形成四個部分組（表1），復(fù)雜（CP）的代表的部分可能得到發(fā)展。
然后，之間的CP的表面加工（以研磨技術(shù)的帳戶）的特點(diǎn)和坐標(biāo)機(jī)床頭位移對應(yīng)成立。在確定了最低允許數(shù)量塑造坐標(biāo)（基本功能）要求各組機(jī)器的零件，兩者的基本功能和特征的機(jī)床頭位移關(guān)系建立的輔助功能。對第1組的零件加工機(jī)床的功能描述如表2總結(jié)。
塑造數(shù)坐標(biāo)可能2-8（該工具和空白??無視旋轉(zhuǎn)）。在描述機(jī)床，相應(yīng)的職能都涉及到相關(guān)模塊（單位），功能，技術(shù)結(jié)構(gòu)的機(jī)床（FTS的）是發(fā)達(dá)國家。
生成機(jī)床配置上的費(fèi)托合成的基礎(chǔ)上進(jìn)行的結(jié)構(gòu)，配方方法手段，[4]和機(jī)床采用模塊化設(shè)計(jì)原理[5]，最可能的配置合理，可能被選中，組成在標(biāo)準(zhǔn)化模塊（幀，研磨主軸箱，主軸箱部分等）四，建立機(jī)床建設(shè)。計(jì)算工作區(qū)域的尺寸，同時考慮到對具體規(guī)模，年產(chǎn)坯帳戶，但表明，隨著不同的工作區(qū)尺寸相同的技術(shù)能力，必須建立機(jī)床（見表3）。
通過切換帶參數(shù)對應(yīng)于生產(chǎn)鍋，圓柱體的廣義特征和錐研磨機(jī)，其生產(chǎn)效益可能會增加，減少需要的材料，并采用模塊化設(shè)計(jì)原則。消息靈通的機(jī)床，用戶的選擇將允許作為一個理性分配結(jié)果減少制造對減少能源消耗和成本的考慮機(jī)床的零件成本，以及更大的機(jī)械加工業(yè)務(wù)。
1. V. V. Epifanov, V. V. Efimov, R. I. Nenyaeva, and A. A. Fedotov, "Organizing interdepartmental production on the basis of a regional part databank," Standarty Kach., no. 4, pp. 25-29, 1989.
2. S. M. Shraibman, "Technological characteristics of machine parts," Stanki Instrum., no. 4, pp. 20-22, 1986.
3. V. V. Efimov and V. V. Epifanov, Technological Principles of the Design of Standard Flexible Grinding Modules [in Russian], U1GTU, Ul'yanov'sk, 1997.
4. Yu. D. Vragov, Analysis of the Configuration of Metal-Cutting Machines: Fundamental Principles [in Russian], Mashinostroenie, Moscow, 1978.
5. O. I. Aver'yanov, Modular Design Principle for Machine Tools with Numerical Control [in Russian], Mashinostroenie, Moscow, 1987.
目 錄
一.課題要求………………………………………………………………………2
二.課程設(shè)計(jì)目的……………………………………………………………2
三.課程設(shè)計(jì)內(nèi)容……………………………………………………………2
四.參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………18
17
一 課題要求：
1.采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)均勻控制系統(tǒng)的功能。
2.能克服積分飽和（能克服工程設(shè)計(jì)和實(shí)施中的一些問題）。
3.易于現(xiàn)場整定和投運(yùn)。
4.要有詳細(xì)說明（如程序的功能）。
二 課程設(shè)計(jì)目的：
本課程設(shè)計(jì)提供了一個既動手又動腦，自學(xué)，查資料，獨(dú)立實(shí)踐的機(jī)會。將本學(xué)期課本上的理論知識和實(shí)際有機(jī)的結(jié)合起來，鍛煉實(shí)際分析問題和解決問題的能力，提高自己適應(yīng)實(shí)際、實(shí)踐編程的能力，使自己對均勻控制系統(tǒng)更進(jìn)一步了解。給自己一個鍛煉和提高的機(jī)會。
三 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容：
均勻控制系統(tǒng)具有使控制量與被控量均勻緩慢地在一定范圍內(nèi)變化的特殊功能。在均勻控制系統(tǒng)中，控制量與被控量常常是同樣重要，控制的目的，是 使兩者在擾動作用下，都有一個緩慢而均勻的變化。
在一些工業(yè)生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)的連續(xù)性是其特點(diǎn)之一。每一個裝置或設(shè)備都與前后的裝置或設(shè)備緊密的聯(lián)系著，前一個裝置或設(shè)備的出料亮量一般就是后一個裝置或設(shè)備的進(jìn)料量，而后一裝置或設(shè)備是互相聯(lián)系而又互相影響的。例如石油裂解氣分離過程，有許多精餾他串聯(lián)在一起工作，前一塔的出料就是后一塔的進(jìn)料。圖a為兩個連續(xù)操作的精餾塔，前一塔的出料是后一塔的進(jìn)料。為了保證分餾過程正常運(yùn)行，要求將一號塔釜液位穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，故設(shè)有液位的控制系統(tǒng)。而后一精餾塔又希望進(jìn)料穩(wěn)定 設(shè)有流量控制系統(tǒng)。顯然，這兩套系統(tǒng)是不能協(xié)調(diào)工作的。假如1號塔在擾動作用下使其塔釜液位上升時，液位調(diào)節(jié)器發(fā)出控制信號去開大調(diào)節(jié)閥1的開度，從而使出料流量增大；由于1號塔的出料量就是2號塔的進(jìn)料量，因而引起2號塔進(jìn)料量的增加，于是，流量調(diào)節(jié)器發(fā)出控制信號去關(guān)小調(diào)節(jié)閥2的開度。這樣，按液位信號，調(diào)節(jié)閥1的開度要開大，流量要增大；安流量信號，調(diào)節(jié)閥2的開度要關(guān)小，流量要減小。而調(diào)節(jié)閥1，2裝在同一條管道上，結(jié)果，兩套控制系統(tǒng)互相矛盾，在物料供求上互不兼顧，不能滿足工藝生產(chǎn)要求。
為了解決前后兩個塔之間在物料供求上的矛盾，可在前后兩個串聯(lián)的塔中間增設(shè)一個緩沖設(shè)備。但是，增加緩沖設(shè)備不僅要增加投資，而且要增加流體輸送過程中的能量消耗。尤其是有些生產(chǎn)過程的中間物料或產(chǎn)品不允許中間停留存在，否則，會使這些中間的物料或產(chǎn)品或重新聚合。所以，必須從自動控制方案設(shè)計(jì)上去找出路，以滿足前后裝置或設(shè)備在物料供求上互相均勻協(xié)調(diào)，統(tǒng)籌兼顧的要求。通常把能實(shí)現(xiàn)這樣控制目的的控制系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)。
其特點(diǎn)如下：
1 液位（或壓力）和流量兩個變量都是變化的，不是固定不變的。
2 兩個變量的調(diào)節(jié)過程在工藝容許的范圍內(nèi)是緩慢地變化的。
下面是一種用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)溫度均勻控制的系統(tǒng)
一種基于Smith預(yù)估器的溫度均勻控制的系統(tǒng)
環(huán)境溫度對儀器儀表性能指標(biāo)有很大的影響。為了更準(zhǔn)確地模擬儀表的實(shí)際工作環(huán)境，度量溫度對儀表參數(shù)的影響，有必要研制一個溫控系統(tǒng)。一般的溫控系統(tǒng)為一大滯后系統(tǒng)，純滯后可引起系統(tǒng)不穩(wěn)定或降低系統(tǒng)的反饋性能?？紤]到Smith預(yù)估器從理論上解決了純滯后系統(tǒng)的控制問題，本文介紹一個帶Smith預(yù)估器的溫控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能有效抑制純滯后的影響，而且魯棒性強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫控精度可達(dá)±0．2℃。
1 帶Smith預(yù)估器的控制器設(shè)計(jì)
根據(jù)溫控箱的結(jié)構(gòu)及一般熱力學(xué)原理，可得到以下溫控箱為被控對象的傳遞函數(shù)，其近似表達(dá)為
（1）
式中：Gp（S）為被控對象中不含純滯后的部分。可以看出，它是一個帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)。根據(jù)所設(shè)計(jì)的溫控箱和實(shí)際參數(shù)辨識，可得式（1）中的T＝16s，K0＝1．5，τ＝1．4s。
一般的溫控系統(tǒng)如圖1所示。圖中，Gc（S）表示設(shè)計(jì)的控制器，F(xiàn)為控制器直流分量等干擾。其閉環(huán)傳遞函數(shù)為
（2）
由于特征方程里含有e－τs項(xiàng)，這對控制系統(tǒng)穩(wěn)定性極其不利，若τ足夠大，系統(tǒng)就很難穩(wěn)定。而且由于系統(tǒng)中含有純滯后環(huán)節(jié)，使控制器設(shè)計(jì)變得復(fù)雜。
圖1 一般溫控系統(tǒng)方框圖
Smith預(yù)估器［1］是克服純滯后影響的有效方法之一，因此本文在常規(guī)校正環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上引入了Smith預(yù)估器補(bǔ)償，其控制結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖中虛線框內(nèi)為Smith預(yù)估控制的原理框圖。Smith預(yù)估控制的實(shí)質(zhì)就是與實(shí)際對象并聯(lián)一個模型Gp（S）（1－e－τs），因此，控制器Gc（S）的等效控制對象變?yōu)镚p（S），也就是說，設(shè)計(jì)控制器Gc（S）時不必考慮純滯后環(huán)節(jié)的影響。此時系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為
（3）
從式（3）可見，e－τs已不包含在系統(tǒng)的特征方程里，因此系統(tǒng)性能完全不受純滯后的影響。Smith預(yù)估控制從理論上提供了將含有純滯后的對象簡化為不含純滯后的對象進(jìn)行控制的方法。
圖2 帶Smith預(yù)估器的溫控系統(tǒng)
2 溫控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
溫控系統(tǒng)的構(gòu)成如圖3所示，由溫度控制箱、溫度測量變換、測量放大、大功率運(yùn)放、A／D與D／A轉(zhuǎn)換器、輸入光電隔離、輸入光電隔離、驅(qū)動電路、8098單片機(jī)［2］、鍵盤顯示、存儲器組成。其中8098單片機(jī)是核心，由它統(tǒng)一管理完成。在該系統(tǒng)中，溫度和時間的設(shè)置、溫度值及誤差顯示、控制參數(shù)的設(shè)置、運(yùn)行、暫停及復(fù)位等功能由鍵盤及顯示電路完成，溫度設(shè)定范圍為0～100℃，給定分辨率設(shè)置為0．01℃，測溫范圍為20～80℃。
圖3 溫控系統(tǒng)硬件組成框圖
溫度控制箱的執(zhí)行部件為加熱片，它可以使溫控箱內(nèi)溫度分布較為均勻；選擇適當(dāng)功率的加熱片，可以提高系統(tǒng)的升溫速度，縮短到達(dá)熱平衡的時間。為了保證精度，溫度測量變換器采用鉑電阻及專門電路，該電路利用橋式電路結(jié)構(gòu)及正反饋原理改善了溫度傳感器的檢測線性度，因此其測量精度、線性度和抗干擾性能都較好；同時采用數(shù)字反饋，還可以利用計(jì)算機(jī)補(bǔ)償技術(shù)，進(jìn)一步提高溫度檢測的精度和線性度；為抵消鉑電阻引線帶來的干擾，采用了四線制接法。相應(yīng)于溫度傳感器的精度，A／D與D／A轉(zhuǎn)換都選用12位轉(zhuǎn)換器，分辨率為2－12＞0．1％，能滿足精密儀表精度要求。加入光電隔離器的目的是防止線路干擾的引入。
該溫控系統(tǒng)的工作原理為：溫度測量變換器所測量的溫度信號經(jīng)放大電路放大、A／D轉(zhuǎn)換，送到單片機(jī)中，單片機(jī)把它同由鍵盤實(shí)現(xiàn)的給定溫度進(jìn)行比較，再由單片機(jī)給出控制量，然后將控制量送驅(qū)動電路、D／A轉(zhuǎn)換后去驅(qū)動大功率運(yùn)放對溫度控制箱進(jìn)行控制，從而構(gòu)成了實(shí)時閉環(huán)系統(tǒng)。
3 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
溫控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是在8098單片機(jī)上，由單片機(jī)來控制。主控程序包括初始化、鍵盤顯示管理及各子程序調(diào)用。溫度信號的采集、數(shù)字濾波、鉑電阻的非線性補(bǔ)償、溫度的顯示、遺傳算法優(yōu)化控制等功能的實(shí)現(xiàn)由各子程序完成。數(shù)字濾波可采用均值法、中間值法和一階慣性法等方法，目的是濾除干擾信號的影響。由于鉑電阻的電阻值與其所受的溫度并不完全是線性的，因而設(shè)計(jì)了分段線性插值線性化程序來對鉑電阻進(jìn)行非線性補(bǔ)償，得到了較為滿意的效果，其誤差低于0．1％。軟件還包括對系統(tǒng)的保護(hù)和快速加溫的切換等。由于儀器儀表的工作環(huán)境存在強(qiáng)電磁場干擾，為了提高溫控系統(tǒng)的可靠性，在硬件上可采用光電隔離器；在軟件上除了設(shè)計(jì)數(shù)字濾波程序外，還可設(shè)計(jì)軟件監(jiān)視器等。
通過地址鎖存器74LS373擴(kuò)展一片8K字節(jié)的2764作為程序存儲器：存放程序、控制表及加溫曲線；擴(kuò)展一片8K字節(jié)的6264作為外部數(shù)據(jù)存儲器：存放上次輸入的曲線參數(shù)及有關(guān)的數(shù)據(jù)，同時設(shè)計(jì)可靠的保護(hù)電路，實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)功能。為使系統(tǒng)在運(yùn)行中能準(zhǔn)確記錄保護(hù)動作和控制投入的時間，配置了實(shí)時日歷時鐘芯片MSM5832，該芯片具有秒、分、時、日、星期、月和年等計(jì)時功能。8155作為打印機(jī)的接口，同時也用作聲光報(bào)警的接口。8279作為鍵盤、顯示器的接口?？刹捎冒存I、定時和故障備忘三種打印方式，可打印爐溫、曲線和故障等；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)溫度越限、斷偶及其它故障時，可進(jìn)行聲光報(bào)警及相應(yīng)提示符顯示。12位雙積分A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109和12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1208用于溫度的測量與控制。A/D轉(zhuǎn)換輸出的12位數(shù)據(jù)按兩個8位數(shù)分次讀取，以配合CPU的要求。12位D/A轉(zhuǎn)換器的工作采用雙緩沖方式，數(shù)據(jù)按兩個字節(jié)分別打入鎖存器 （先送高8位數(shù)據(jù)，再送低4位數(shù)據(jù)），然后將該12位數(shù)據(jù)一次送入DAC寄存器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
控制器是控制系統(tǒng)的核心，控制器是一種利用專家知識和操作者經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的專家控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時不用數(shù)學(xué)解析模型來描述受控系統(tǒng)的特性。在本溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用二維模糊控制器，即以偏差e和偏差變化率Δe作為控制器的輸入變量，把加熱操作量作為輸出變量。在控制過程中，同時把偏差和偏差的變化率作為輸入量，這種方法不僅能保證系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性，而且還可減少超調(diào)量和振蕩現(xiàn)象。根據(jù)受控系統(tǒng)的實(shí)際情況，確定輸入變量的測量范圍和輸出變量的控制作用范圍，以確定每個變量的論域，Ke、Kec和Ku分別為輸入和輸出變量的量化因子和比例因子。先經(jīng)限幅處理，再經(jīng)量化處理就得到了E和EC。根據(jù)當(dāng)前已求得的E和EC，直接查詢控制表就獲得控制量的變化值ΔU，將該變化值ΔU乘以比例因子Ku，即可得到當(dāng)前的實(shí)際控制量增量Δu。再將該增量和前一采樣時刻的實(shí)際控制量相加，就得到目前應(yīng)實(shí)施的控制動作，即 uk=uk-1+Ku·ΔU。
在單片機(jī)中對輸入的量進(jìn)行推理，須將所有描述控制過程的控制規(guī)則存儲在單片機(jī)的EPROM中。把專家知識和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)換為用語言表達(dá)的控制規(guī)則，即設(shè)計(jì)控制規(guī)則庫。本系統(tǒng)中，偏差E、偏差變化率EC和控制量的變化的子集定義為
E=｛NB，NM，NS，NO，P0，PS，PM，PB｝
EC=｛NB，NM，NS，0，PS，PM，PB｝
ΔU=｛NB，NM，NS，0，PS，PM，PB｝
P、N分別表示正、負(fù)，B、M、S分別表示大、中、小。
建立控制規(guī)則表的基本思想，以偏差為負(fù)的情況說明。當(dāng)偏差為負(fù)大時，若偏差變化為負(fù)，表明此時偏差有增大的趨勢，為盡快消除已有的負(fù)大偏差并抑制偏差進(jìn)一步增大，所以控制量的變化取正大。當(dāng)偏差為負(fù)而偏差變化為正時，系統(tǒng)本身已有減少偏差的趨勢，所以為盡快消除偏差且又不超調(diào)，應(yīng)取較小的控制量。故當(dāng)偏差為負(fù)大且偏差變化為正小時，控制量的變化取為正中。若偏差變化為正大或正中時，控制量不宜增加，否則將會造成較大的超調(diào)，出現(xiàn)正偏差，因此這時的控制量變化取為0級。當(dāng)偏差為負(fù)中時，控制量的變化應(yīng)該使偏差盡快消除，基于這種原則，控制量的變化選擇同偏差為負(fù)大時相同。當(dāng)偏差為負(fù)小時，系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)。若偏差變化為負(fù)時，選取控制量變化為正中，以抑制偏差往負(fù)方向變化；若偏差變化為正，系統(tǒng)本身有消除負(fù)小偏差的趨勢，選取控制量變化為正小即可。可見選取控制量變化的原則是：當(dāng)偏差大或較大時，選擇控制量的大小以盡快消除偏差為主；而當(dāng)偏差較小時，選擇控制量要注意防止超調(diào)，以使系統(tǒng)穩(wěn)定為主要出發(fā)點(diǎn)。
為節(jié)省內(nèi)存，提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的工作速度，實(shí)現(xiàn)有效的實(shí)時控制，根據(jù)隸屬函數(shù)和控制規(guī)則表離線計(jì)算對應(yīng)的控制表（即查詢表），并將該表內(nèi)置在應(yīng)用軟件的EPROM表中，供實(shí)時控制過程使用。在實(shí)際控制時，控制器首先把輸入量量化到輸入量的語言變量論域中，再根據(jù)量化的結(jié)果去查表求出控制量，這樣可大大提高控制的實(shí)時效果，節(jié)省內(nèi)存空間。
圖4 溫控系統(tǒng)軟件流程圖
4 結(jié)果分析與討論
采用體積為φ0．46m×0．34m的溫度控制箱，對LH－1型撓性陀螺儀進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果為：溫控系統(tǒng)的控制精度可達(dá)±0．2℃，可見溫控精度較高；用100W的加熱片對溫控系統(tǒng)加熱，圖5給出了溫控系統(tǒng)溫度的變化曲線，溫度的設(shè)定值為55℃，大約20min就達(dá)到了55℃，系統(tǒng)的平均升溫速率為2．5℃／min左右。這樣的溫升速率很理想，因?yàn)樯郎靥欤谶_(dá)到設(shè)定溫度時會產(chǎn)生較大的“過沖”；若升溫太慢，則要經(jīng)過較長的時間才能達(dá)到設(shè)定溫度，影響工作效率。
圖5 溫控系統(tǒng)溫度變化曲線
為了得到更好的控制效果和升溫速度，可以采用這樣的方法：在不同階段，用不同功率的加熱片進(jìn)行加熱，即在開始的過渡階段使用較大功率的加熱片加熱，過一段時間后用較小功率的加熱片加熱，這就提高了過渡階段的升溫速度?！】偨Y(jié)
①基于Smith預(yù)估器的溫控系統(tǒng)能有效克服純滯后對控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響
具有較好的魯棒性能達(dá)到溫度均勻控制?！?
②由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的均勻控制系統(tǒng)具有調(diào)試方便、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。
③采用體積為φ0．46m×0．34m的溫度控制箱，對LH－1型撓性陀螺儀進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果為：溫控系統(tǒng)的控制精度為±0．2℃。
四 相關(guān)程序：
#include
#include
Sbit RST =p2^0;
Sbit CLK =p2^1;
Sbit DQ =p2^2;
Sbit TSOR =p2^3;
Sbit ALERT =p2^7;
Sbi RW =2^6;
Sbit EN =p2^5;
Static unsigned char templ,tenmp2; //溫度值的整數(shù)部分、小數(shù)部分
Static unsigned char pls plsset; //數(shù)字電位器的電位值、設(shè)定值
Static unsigned char min,sec; //分鐘、秒
Static unsigned char count; //Timer0中斷計(jì)數(shù)
Static unsigned char minset; //設(shè)定的分鐘數(shù)
Static unsigned char statusl,status2; //狀態(tài)標(biāo)志
bit stop,timeover; //定時停止、結(jié)束
static char line0[]=“ 00:00;” //
static char line1[]=“ .C W;”
void initinterupt();
void keyboarddelay();
void delayl();
void delays();
void writecommand(unsigned char c);
void writedata(unsigned char c);
void showchar(unsigned char pls,unsigned char c);
void showstring(unsigned char line.char*ptr);
void initlcd();
unsigned char getkey();
void changepos(bit sel,unsigned char plsl,unsigned char pls2);
void delay15();
void delay60();
void delay100ms();
void write0ts();
void write1ts();
bit readts();
void resets();
void writebts(unsigned char byte);
unsigned char readbts();
void initts();
void initts();
void gettempts();
void main (void){
char code str1[]=“Hello world”;
char code str2[]=“2006-1-10”;
unsigned char I;
SP=0x50;
Alert=0; //報(bào)警燈滅
Tsor=1; //1-wire總線釋放
Delayl()l
Initlcd(); //初始化LCD
Delayl();
Showstring(0,str1); //啟動畫面
Showstring(1,str2);
For(i=0;i<15;i++);
Delay100ms();
Initinterupy(); //初始化中斷設(shè)置
Minset=10; //缺省定時10分鐘
Posset=0; //缺省電位器值0
Min=minset; //初始化數(shù)據(jù)
Pos=posset;
Sec=0;
Count=0;
P1=0xf0;
Statusl=0;
Status2=0;
Stop=1;
Timeover=0;
Changepos(0,255-pos,255-pos); //設(shè)置電位器
Initts(); //初始化溫度計(jì)
While(1) //循環(huán)顯示溫度值
{
Gettempts();
Line1[0]=0x20;
I=templ;
If(i>39) //超過40攝氏度，告警燈亮
Alert=1;
If(i>99) //超過100攝氏度，顯示溫度的百位
{
Line1[0]=0x31;
i-=100;
}
Line1[1]=i/10+0x30; //顯示溫度的十位
Line1[2]=i%/10+0x30; //顯示個位
Line1[4]=temp2+0x30; //顯示小數(shù)位
If(timeover) //若定時結(jié)束，則電位器緩慢復(fù)0
}
For(;pls>0;pls--);
{
Changepls(0,255-pos,255-pos);
_nop_();
_nop_();
}
Timeover=0;
Posset=0;
}
If(pos>posset) //若按鍵修改電位器位置
{
For(;pos>posset;pos--) //則緩變到設(shè)定值
{
Changepos (0,255-pos,255-pos);
_nop_();
_nop_();
}
Changepos(0,255-pos,255-pos);
}
Else if(pos99)
{
Line1[9]=i/100+0x30;
I=i%100;
}
Line1[10]=i/10+0x30;
Line2[11]=i%10+0x30;
Showstring(1,line1);
Line0[5]=min/10+0/30; //顯示時間
Line0[6]=min%10+0x30;
Line0[8]=sec/10+0x30;
Line0[9]=sec%10+0x30;
Showstrjing(0,line0);
Delay100ms();
}
}
Int0_process()interrupt0using0
{
Unsigned char key;
Unsigned char keycode[]=“TP”; //計(jì)時調(diào)節(jié)/功率調(diào)節(jié)狀態(tài)編碼
Unsigned char step[3]={1,2,5}; //計(jì)時和功率調(diào)節(jié)步長
EA=0；
Key=getkey(); //獲得按鍵值
Switch(key) //按鍵分支處理
{
Case0: //按鍵0，切換計(jì)時開始/停止
Stop=!stop;
Min=minset; //計(jì)數(shù)復(fù)位
Sec=0;
Break;
Case1: //按鍵1，2，3計(jì)時按照步長增加
Case2:
Case3:
If(stop)
{
Minset+=step[key-1];
If(minset>60)
Minset=0;
Min=minset;
}
Break;
Case5: //按鍵5，6，7，功率等級按照步長增加
Case6:
Case7:
If(stop)
{
Minset-=step[key-5]
If(minset>60)
Minset=0;
Min=minset;
}
Break;
Case9:
Case10:
Case11:
Posset+=step[key-9];
Break;
Case13; //按鍵13，14，15，功率等級按照步長減少
Case14:
Case15:
Posset-=step[key-13];
Break;
Default:
Break;
}
Tro=!stop; //按照狀態(tài)標(biāo)志設(shè)置定時器0啟動與否
Keyboarddelay(); //延時
P1=0xf0; //重置p1口高4位為高電平
EA=1; //開中斷
}
Timer0_process()interrupt1using0
{
EA=0; //關(guān)中斷
TR0=0; //關(guān)定時器0
TL0=0x00; //重置定時常數(shù)
TH0=0x4c;
Count++; //軟件計(jì)數(shù)自加
if（count==20） //如果到累計(jì)定時到達(dá)1s
{
If(sec==0) //定時處理
{
If(min==0) //總定時到，則置結(jié)束標(biāo)志
Timeover=1;
Else //否則，則時間計(jì)數(shù)遞減
{
Min--;
Sec=59;
}
}
Else
Sec--;
Count=0;
}
TR0=1;
EA=1;
}
Void delay100ms() //延時100ms
{
Unsigned char I,j,k;
For(i=0;i<8;i++)
For(j=0;j<25;j++)
For(k=0;k<250;k++);
}
void delay15() //延時15us
{
unsigned char I:
for(i=0;i<8;I++);
}
void delay60() //延時60us
{
unsigned char I;
for (I=0;I<30;I++);
}
void write0ts() //寫bit 0
{
tsor=1;
tsor=0;l
delay15(); //延時
delay15();
delay15();
delay15();
tsor=1;
_nop_();
_nop_();
}
void writets() //寫bit 1
{
tsor=1;
tsor=0;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
tsor=1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
delay15();
delay15();
delay15();
}
bit readts() //讀取數(shù)據(jù)位
{
bit b;
tsor=1;
tsor=0;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
tsor=1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
b=tsor;
delay15();
delay15();
delay15();
_nop_();
_nop_();
return b;
}
void resets() //復(fù)位
{unsigned char I;
tsor=1;
tsor=0;
for(I=0;I<8;I++)
delay60();
}
void writebts(unsigned char byte) //寫一字節(jié)(byte)
{unsigned char I;
for(I=0;I<8;I++)
{
if (byte&0x01) //最低bit為1否？
Write1ts();
Else
Write0ts();
Byte=byte>>1; //字節(jié)右移1位
}
}
unsigned char readbts() //讀一字節(jié)(byte)
{
unsigned char I,j;
bit b;
j=0;
for(I=0;I<8;I++)
{
b=readts();
{
if(b)
j+=1;
j=_cror_(j,1); //循環(huán)右移1位
}
returnj;
}
void initts() //初始化溫度計(jì)
{
reset(); //復(fù)位總線
writebts(0xcc); //忽略rom匹配操作
writebts(0x4e); //設(shè)置寫模式
writebts(0x64); //寫溫度上限th為100℃
writebts(0x8a); //寫溫度下限為-10℃
writebts(0x1f); //寫溫度計(jì)配置寄存器
}
Void gettempts() //獲得溫度，2字節(jié)數(shù)據(jù)分別放在temp1、temp2中
{
Rest(); //復(fù)位總線
Writebts(0xcc); //忽略rom匹配操作
Writebts(0x44); //溫度轉(zhuǎn)換命令
Delay100ms(); //延時100ms
Reset(); //復(fù)位
Writebts(0xcc); //忽略rom匹配操作
Writebts(0xbe); //讀取寄存器
Temp2=readbts(); //讀取第1字節(jié)
Temp1=readbts(); //讀取第2字節(jié)
Readbts(); //讀取第3字節(jié)
Readbts(); //讀取第4字節(jié)
Readbts(); //讀取第5字節(jié)
Readbts(); //讀取第6字節(jié)
Readbts(); //讀取第7字節(jié)
Readbts(); //讀取第8字節(jié)
Readbts(); //讀取第9字節(jié)
Temp1=temp1<<4;
Temp1+=(temp2&0xf0)>>4; //獲得溫度值整數(shù)部分
Temp2=(temp2&0x0f)?5:0; //獲得溫度值小數(shù)部分
四 參考文獻(xiàn)
趙亮、侯國銳 編著 單片機(jī)C語言編程與實(shí)例 北京：人民郵電出版社 2004年1月
王子才 編著 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊 北京：國防工業(yè)出版社 1993年3月
徐春山 主編 過程控制儀表 北京：冶金工業(yè)出版社 1993年
龐國仲 編著 自動控制原理 安徽合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社 1993年
邵裕森 巴筱云 過程控制系統(tǒng)及儀表 機(jī)械工業(yè)出版社 1993年