1、 返回总目录 加热器 圆 工 作台-旋 转编码器 工控机 IPC-PLC-DCS-单片机实验装置 17 吋彩色显示器 变频器 三 位数 码管、交 通灯、舞 台灯光 1650mm 860mm 1800mm 730mm 420mm 开关、交直流 电源、继 电器、接 触器、熔断器、热继电器模块 储储 藏藏 柜柜 IPC信 号调理模块、或IPC远程 模 块、PLC、DCS模块、单片机模块 电 梯-机械滑台 大连轻工业学院信息学院设计 工业计算机IPC 与 ISA及 PCI 板卡 1350mm 。系统组成结构系统组成结构l l。l设备选型设备选型l 性能指标性能指标l DI 0 74LS240 1 33
2、0+5V 1+5V 4.7K 1SA2 10K LM339 4.7K+5V 560 500+5V inI SA1+5V DICOMDI0 1K+D O 0 1+12V +5V 470 D O C OM 0 D O B 0 D O K 0 a)PC L-812PG A I、A O插 座 A IC O M 0 A I0 b）R2 R1 C 或A O C O M 0 或A O 0 4.3.5 4.3.5 系统电气电子原理图设计系统电气电子原理图设计工业控制标准工业控制标准 接加热器电压信号输入端 扰动 开关 1 3 0 k A3信号调理 L N K M F U S B 1 S B 2 K M A1工
3、控机I P C-6 1 0 I S A D I 1 D I C O M D I 0 A I 1 5 D I 1 5 D I 8 D I 7 D O C O MA A I 1 A I 0 A I C O M A O C O M A O 0 D O 0 D O 1 D O 2 +1 8 V D O 3 A O 1 D O 4 D O C OMB D O 1 5 D O 7 D O 8 +5 V +1 2 V R1 4|R1 0 V1 4|V1 0-1 2 V +5 V -5 V L N D I 0 C O M+V S G N D T X+T X-R X-R X+D A T A+D A T A-R
4、S-4 8 5 R S-4 2 2 G1 直流 电源 D A T A+D A T A-D O 0 D O 1 D I 0 D I 1 D I 6 A5 A DA M-4 0 5 0数字量输入输出远程模块 A6 A DA M-4 0 5 0数字量 输入输出远程模块 D O 7 G NG ND D A T AD A T AR2 3 A I U 0 2 5 0 0 5 V 0 2 0 m A P V1 R2 7 2 5 0 2 2 k 1 6 R2 5 R2 6 R2 4 2 0 k 1 5 6 8 k 1 3 1 2 1 1 1 4 4 5 8 R2 8 2 k N3 L M3 5 2 4 +N4
5、 1 0 0 1 0 0 7 8 1 2 C1+R3 0 2 0 0 C2+1 8 V V2 0 1 0 W 8 0 5 0 2 0 +C3 R2 9 A D 5 9 0 7 6 1 9 P WM脉宽调制频率0.5 H z A +V S +V S P T S R3 1 1 0 k R P1 2 k R P2 4.7 k R3 4 1 0 k R3 3 1 0 k R3 2 温度传感器 R3 7 5 0 k 零点调节 R2 2 R3 5 1 0 0 k R2 1 R P3 2 0 k 2 0 k 1 k 扰动 幅度 R3 6 4.7 k 3 k R3 8 2 5 0 R3 9 1 0 0 R4
6、0 5 0 K R4 1 1 5 k R4 3 1 5 k R4 4 3 0 0 V V +1 k R4 5 5 0 k R4 2 0 5 V 5.6 V V Z3 0 2 0 m A +信号输入 信号输出 N1A L F 3 5 8 N1 B L F 3 5 8 N2 A L F 3 5 8 N2 B L F 3 5 8 A2 PCL-812PG多功能卡 A4 A D A M-4 5 2 0 通信转换模块 V2 1 9 0 1 3 接加热器电压信号输出端 A I I 0 A O U 0 A O I 0 V Z1 V Z2 5.0 V 5.0 V 1 8 3 2 4 8 5 6 4 7 8 3
7、 2 4 8 5 6 4 1 7 +P V2 B C D E 增益调节 G F I H 8 2 5 3芯片端子 外计数 计数满 定时信号 VC C S B 0 S B 7 S A D I 9 1 0 2 H L 4|H L 0 最远达1 2 0 0 m 图图4-5 4-5 微型加热器微型加热器IPCIPC控制系统电气原理图控制系统电气原理图l输入信号采用单电源运算放大器输入信号采用单电源运算放大器N1AN1A进行放大进行放大 l所用运算放大器所用运算放大器LM358LM358内部有两个独立的、高增益、内部频率补偿内部有两个独立的、高增益、内部频率补偿的的l电压表电压表PV1PV1为为电压表电压
8、表l稳压二极管稳压二极管VZ1VZ1用于保护表头用于保护表头 l加热元件的加热电阻加热元件的加热电阻R30R30（100100，10W10W）l采用功率管采用功率管V20V20控制控制 lSG3524SG3524是美国硅通用公司（是美国硅通用公司（SiliconGeneralSiliconGeneral）生产的）生产的 l ，工作频率高于，工作频率高于100kHz100kHz，工作，工作 l 温度为温度为007070，适宜控制，适宜控制100W100W500W500W中功率开关电中功率开关电l 源、加热器和直流电动机等。源、加热器和直流电动机等。lSG3524SG3524采用采用DIP-16D
9、IP-16型封装，其内部结构如型封装，其内部结构如图图4-64-6所示，管脚功能所示，管脚功能:：反相输入，误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反反相输入，误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反l馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9 9）相连，可构成）相连，可构成l跟随器。跟随器。：同相输入，误差放大器同相输入端。在闭环系统和开环系统中，同相输入，误差放大器同相输入端。在闭环系统和开环系统中，l该端接给定信号。该端接给定信号。：振荡器输出，内部振荡器输出。：振荡器输出，内部振荡器输出。：限电流（：限电流（+）输入）输
10、入CLSENSECLSENSE，采用电流传感器引入，进行限电流，采用电流传感器引入，进行限电流l保护。保护。：限电流（：限电流（-）输入）输入CLSENSECLSENSE，采用电流传感器引入，进行限电流，采用电流传感器引入，进行限电流l保护。保护。：振荡器外接电阻。：振荡器外接电阻。：振荡器外接定时电容。振荡器频率由外接电阻和电容决定。：振荡器外接定时电容。振荡器频率由外接电阻和电容决定。：地：地GNDGND。：补偿、外接：补偿、外接RCRC网络，网络，PWMPWM比较器补偿信号输入端。比较器补偿信号输入端。：通通/断控制：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器断控制：外部关断信号输入端。该
11、端接高电平时控制器l输出被禁止。低电平时，输出为高阻状态。输出被禁止。低电平时，输出为高阻状态。：内部激励发射极输出。：内部激励发射极输出。：内部激励集电极输出。：内部激励集电极输出。：内部激励集电极输出：内部激励集电极输出B B。：内部激励发射极输出：内部激励发射极输出EMITTER BEMITTER B。：电源电压：电源电压VINVIN。：基准电源电压：基准电源电压VRFVRF，+5V+5V，既可用于内部电路，又可用于外，既可用于内部电路，又可用于外l部电路。部电路。电源电压 15 S 1 2 同相输入 反相输入 补偿 4 9 5V 通/断控制 5 升电流()限电流()10 200 10k
12、 200 10k 1k 定时电容 CT 7 6 定时电阻 RT 地 5V R T 振荡器输出 PT Q 振荡器 Q 发射极输出 B 集电极输出 B Q Q 基 准 电 源VRF 基准电源稳压器 8 3 14 13 11 12 16 集 电 极 输 出A 发射极输出 A 5V 到内部电路 PWM 形 成 比 较器 5V 1 1 5V 触发器A 或非门 互补输出对管 触发器 B 图图4-6 SG35244-6 SG3524型型PWMPWM控制芯片内部原理图控制芯片内部原理图l(1)(1)参见图参见图4-54-5。运算放大器。运算放大器N1AN1A的输出端，经的输出端，经同同分分l压压SG3524S
13、G3524提供的基准电源提供的基准电源+5V+5V，而后接至，而后接至PWMPWM控制芯片控制芯片SG3524SG3524l的的（误差放大器同相输入端）。脚（误差放大器同相输入端）。脚1 1（误差放大器反向输入端（误差放大器反向输入端l）和）和（补偿、外接（补偿、外接RCRC网络端）进行短接，使得内部误差放大器变成网络端）进行短接，使得内部误差放大器变成l射跟随器形式。射跟随器形式。实际上就是自动控制给定输入端，在此，我们仅对实际上就是自动控制给定输入端，在此，我们仅对lPWMPWM控制芯片采用模拟式开环控制方式，但是就加热器温度大反馈控制控制芯片采用模拟式开环控制方式，但是就加热器温度大反馈
14、控制l而言，而言，PWMPWM控制芯片作为控制电器，不过是整个温度控制芯片作为控制电器，不过是整个温度。l(2)(2)振荡器振荡器须外接电容，须外接电容，须外接电阻。振荡器频率由外接电阻和电须外接电阻。振荡器频率由外接电阻和电l容决定。本设计开关频率设定为容决定。本设计开关频率设定为0.5Hz0.5Hz，可取，可取C=20FC=20F，R=130kR=130k。振荡器。振荡器l的输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门；的输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门；l另一路以锯齿波形式送至另一路以锯齿波形式送至PWMPWM比较器的同相端，比较器的反向端接误
15、差放比较器的同相端，比较器的反向端接误差放l大器的输出。大器的输出。l(3)(3)误差放大器的输出与锯齿波电压在误差放大器的输出与锯齿波电压在PWMPWM比较器中进行比较，从而在比较器中进行比较，从而在PWMPWM比比l较器的输出端出现一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲，此方波脉冲较器的输出端出现一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲，此方波脉冲经过经过RSRS双稳态触发器双稳态触发器A A送到两个或非门的输入端。每个或非门的另两个输入端分别为振荡送到两个或非门的输入端。每个或非门的另两个输入端分别为振荡器输出方波电压和另一个触发器器输出方波电压和另一个触发器B B的的
16、Q Q端（两个或非门分别接端（两个或非门分别接Q Q正端和反端）。触发器正端和反端）。触发器B B的的两个输出端互补，交替输出高低电平，其作用是将两个输出端互补，交替输出高低电平，其作用是将PWMPWM脉冲交替送至两个三极管脉冲交替送至两个三极管V1V1及及V2V2的的基极，使得推挽输出对管交替输出脉冲宽度调制波，两者相位相差基极，使得推挽输出对管交替输出脉冲宽度调制波，两者相位相差180180。当输出对管并。当输出对管并联应用时，其输出脉冲的占空比为联应用时，其输出脉冲的占空比为0 09090；l当输出对管分开使用时，输出脉冲的占空比为当输出对管分开使用时，输出脉冲的占空比为0 04545。
17、l(4)(4)本设计不用电流反馈，将本设计不用电流反馈，将 限电流限电流 （）输入（）输入 和和限电流限电流 （）输入（）输入 接地接地。通。通/断控制（脚断控制（脚1010）悬空。）悬空。l(5)(5)用中功率管用中功率管V20V20（80508050型）的开关工作方式控制加热电阻型）的开关工作方式控制加热电阻R R3030（100100，10W10W）的通断）的通断。易算得流过加热电阻。易算得流过加热电阻R R3030的最大电流为的最大电流为I Imax=180mAmax=180mA。不妨设功率管。不妨设功率管V20V20的放大倍数的放大倍数=60=60，则，则PWMPWM控制芯片双输出晶
18、体管（也处于开关工作方式）外接集电极电阻控制芯片双输出晶体管（也处于开关工作方式）外接集电极电阻R R2828的最大电流的最大电流大约为大约为6mA 6mA，而每个晶体管的集电极电流为，而每个晶体管的集电极电流为3 3 mAmA 。易算得。易算得R R2828大约大约2k2k，就取，就取R R28=2k28=2k。l(6)(6)本系统不存在控制死区问题。当控制信号输入端本系统不存在控制死区问题。当控制信号输入端AIU0AIU0从从0 01 1变化时，变化时，PWMPWM控制芯片给控制芯片给定输入端（定输入端（）信号就立即变化，使得推挽输出管的通断情况产生变化，进而使得加热）信号就立即变化，使得
19、推挽输出管的通断情况产生变化，进而使得加热电阻的发热情况产生变化。电阻的发热情况产生变化。l(7)(7)如此，当加热器实际温度低于设定温度时，经过如此，当加热器实际温度低于设定温度时，经过IPCIPC根据某一根据某一l自动控制算法运算后，自动控制算法运算后，IPCIPC送出的送出的AOAO信号上升，运算放大器信号上升，运算放大器N1AN1A输输l出信号随之上升，出信号随之上升，PWMPWM控制芯片给定输入端信号也随之上升，输出控制芯片给定输入端信号也随之上升，输出l的脉冲宽度随之增大，使得加热功率管的导通时间延长，加热功的脉冲宽度随之增大，使得加热功率管的导通时间延长，加热功l率增大，实际温度
20、上升，如此等等。率增大，实际温度上升，如此等等。l(1)(1)在数值上等于器件所处环境的热力学温度（开尔在数值上等于器件所处环境的热力学温度（开尔 l文）度数，单位为文）度数，单位为AA；TkTk热力学温度，单位为热力学温度，单位为K K。l(2)(2)AD590 AD590的的为为-55-55+150+150。l(3)(3)AD590 AD590的的范围为范围为4V4V30V30V。AD590AD590可以承受可以承受44V44V正向电正向电l压和压和20V20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。反向电压，因而器件反接也不会被损坏。l(4)(4)：AD590AD590共有共有I I、J J
21、、K K、L L、M M五档，其中五档，其中M M档精度最高，档精度最高，l在在-55-55+150+150范围内，非线性误差为范围内，非线性误差为0.30.3。l(1)(1)由于所选用的由于所选用的AD590AD590为为，所用电源电压为，所用电源电压为12V12V，故考虑用，故考虑用AD590AD590与一个电阻与一个电阻R R3131=10=10 kk相串联，另一端接地（如图相串联，另一端接地（如图4-54-5所示所示),),温度为温度为00时，可时，可算得算得U UB B =2.73V=2.73V；温度为；温度为100100时，时，U UB B =3.73V=3.73V。l(2)(2)
22、是当温度为是当温度为00时，使得测温电路的输出，亦即时，使得测温电路的输出，亦即运算放大器运算放大器N1BN1B的输出为的输出为0V0V。l(3)(3)反馈电阻与反相输入电阻的计算。反馈电阻与反相输入电阻的计算。l(4)(4)是模拟环境温度突然降低对是模拟环境温度突然降低对加热器温度的影响。加热器温度的影响。l(5)(5)测温第测温第2 2级放大器级放大器N2AN2A采用采用全反馈跟随器全反馈跟随器形式，其同相输入端的电压变化范形式，其同相输入端的电压变化范围应在围应在0 05V5V之间，之间，R36=1kR36=1k，RP3=4.7kRP3=4.7k，R37=3kR37=3k。l(6)(6)
23、电压表电压表PV2PV2为为槽形电压表槽形电压表，刻度在，刻度在0 0100100之间，对应之间，对应0 0100100。稳压二极。稳压二极管管VZ2VZ2用于保护表头用于保护表头l(7)(7)工业标准信号工业标准信号0 05V5V到到0 020mA20mA转换电路如图转换电路如图4-54-5所所 示。显见运算放大示。显见运算放大器器N2BN2B与晶体管与晶体管V21V21电路构成电路构成负反馈负反馈电路，电路，R43R43为反馈电阻。我们的设计目标是为反馈电阻。我们的设计目标是当当UF=0UF=05V5V时，晶体管时，晶体管V21V21的集电极电流随之的集电极电流随之0 020mA20mA变
24、化，从而发射极亦然。变化，从而发射极亦然。l(8)(8)在在R40R40R43R43取值已知的情况下，晶体管取值已知的情况下，晶体管V21V21集电极电阻集电极电阻R R4444=300=300。l(9)(9)由于晶体管由于晶体管V21V21发射极输出作为发射极输出作为0 020mA20mA信号输出端，而接收电路可能要使信号输出端，而接收电路可能要使之变成电压信号，故之变成电压信号，故V21V21发射极最大电压为发射极最大电压为5V5V，因此设置稳压二极管，因此设置稳压二极管VZ3VZ3（稳压（稳压值为值为5.6V5.6V），此管一般情况下并不处于反向导通状态，除非产生保护动作时，），此管一般
25、情况下并不处于反向导通状态，除非产生保护动作时，才反向导通。才反向导通。l(5)(5)测温第测温第2 2级放大器级放大器N2AN2A采用采用全反馈跟随器全反馈跟随器形式，其同相输入端的电压形式，其同相输入端的电压l变化范围应在变化范围应在0 05V5V之间，之间，R36=1kR36=1k，RP3=4.7kRP3=4.7k，R37=3kR37=3k。l(6)(6)电压表电压表PV2PV2为为槽形电压表槽形电压表，刻度在，刻度在0 0100100之间，对应之间，对应0 0100100。稳压。稳压l二极管二极管VZ2VZ2用于保护表头。用于保护表头。l(7)(7)工业标准信号工业标准信号0 05V5
26、V到到0 020mA20mA转换电路如图转换电路如图4-54-5所示。显见运算放大所示。显见运算放大l器器N2BN2B与晶体管与晶体管V21V21电路构成电路构成负反馈负反馈电路，电路，R43R43为反馈电阻。我们的设计为反馈电阻。我们的设计l目标是当目标是当UF=0UF=05V5V时，晶体管时，晶体管V21V21的集电极电流随之的集电极电流随之0 020mA20mA变化，从而变化，从而l发射极亦然。发射极亦然。l(8)(8)在在R40R40R43R43取值已知的情况下，晶体管取值已知的情况下，晶体管V21V21集电极电阻集电极电阻R R4444=300=300。l(9)(9)由于晶体管由于晶
27、体管V21V21发射极输出作为发射极输出作为0 020mA20mA信号输出端，而接收电路可信号输出端，而接收电路可l能要使之变成电压信号，故能要使之变成电压信号，故V21V21发射极最大电压为发射极最大电压为5V5V，因此设置稳压二，因此设置稳压二l极管极管VZ3VZ3（稳压值为（稳压值为5.6V5.6V），此管一般情况下并不处于反向导通状态，），此管一般情况下并不处于反向导通状态，l除非产生保护动作时，才反向导通。除非产生保护动作时，才反向导通。l所设计的所设计的IPCIPC实验装置为柜式，其外形及结构和各模块的布置如图实验装置为柜式，其外形及结构和各模块的布置如图4-14-1l所示。对此，
28、前面已经作了介绍。机械设计包括机械零件图设计、机所示。对此，前面已经作了介绍。机械设计包括机械零件图设计、机l械装配图设计、外购件和金属及非金属材料清单汇总等。这些工作一械装配图设计、外购件和金属及非金属材料清单汇总等。这些工作一l般由机械技术人员承担，电气自动化技术人员密切配合。般由机械技术人员承担，电气自动化技术人员密切配合。l各模块电气元件布置图是指各模块箱体内电气元件的布置，以便电气各模块电气元件布置图是指各模块箱体内电气元件的布置，以便电气l元件的安装。必须根据元件产品样本或实物，了解元件的安装形式与元件的安装。必须根据元件产品样本或实物，了解元件的安装形式与l尺寸，进行设计。尺寸，
29、进行设计。4.3.6 4.3.6 系统电气电子工艺设计系统电气电子工艺设计l实验装置上各模块的面板有各元件的接线端子插座、电位器、开关、按钮、电实验装置上各模块的面板有各元件的接线端子插座、电位器、开关、按钮、电l表、指示灯、发光二极管和数码管等，还要写上电气元件图形符号及文字符号表、指示灯、发光二极管和数码管等，还要写上电气元件图形符号及文字符号l和其它文字。例如，加热器模块的面板和其它文字。例如，加热器模块的面板PCBPCB制板图如制板图如图图4-74-7所示（略）。所示（略）。l面板加工图采用面板加工图采用ProtelProtel软件软件PCBPCB文件格式设计（工程上还广泛采用文件格式
30、设计（工程上还广泛采用PowerPCBPowerPCB 、lCadenceCadence和和AllegroAllegro等软件），随后将等软件），随后将PCBPCB文件格式面板加工图送往专业厂进行文件格式面板加工图送往专业厂进行l光绘，将铝合金板材进行喷砂、氧化处理，再涂上一层感光材料，而后感光印光绘，将铝合金板材进行喷砂、氧化处理，再涂上一层感光材料，而后感光印l刷、裁剪和打孔。刷、裁剪和打孔。l印刷线路制板图一般常用印刷线路制板图一般常用ProtelProtel软件的软件的PCBPCB文件格式设计，常称文件格式设计，常称l为为PCBPCB制板。用户只需在计算机上完成制板。用户只需在计算机上
31、完成PCBPCB文件的设计，然后发往文件的设计，然后发往l线路板制造厂。例如，加热器模块的线路板制造厂。例如，加热器模块的PCBPCB图如图图如图4-84-8所示。所示。图图4-8 4-8 加热器模块的加热器模块的PCBPCB制板图制板图l(1)(1)控制规律与控制算法设计。控制规律与控制算法设计。l(2)(2)基于某一控制算法和某一编程语言进行人机界面设计与控制程序设计。基于某一控制算法和某一编程语言进行人机界面设计与控制程序设计。l对规模较大的系统，要事先编制程序设计框图。对规模较大的系统，要事先编制程序设计框图。l(3)(3)自动化工程控制软件并非是单一性软件，它同硬件、自动化工程控制软
32、件并非是单一性软件，它同硬件、实际电气控制设实际电气控制设l备及被控对象紧密相关，因此要进行软硬件综合调试。备及被控对象紧密相关，因此要进行软硬件综合调试。l熟悉被控对象是进行自动控制系统设计首先要做的事情，而系统建模，即熟悉被控对象是进行自动控制系统设计首先要做的事情，而系统建模，即l系统动态数学模型的建立，是实施各种控制策略与控制算法的重要依据。系统动态数学模型的建立，是实施各种控制策略与控制算法的重要依据。l系统建模分计算、估算与测试几个环节。测试画面如系统建模分计算、估算与测试几个环节。测试画面如所表示。所表示。l(1)(1)系统动态数学模型的计算和估算系统动态数学模型的计算和估算l本
33、例只研究传热过程。本例只研究传热过程。l(2)(2)系统动态数学模型的系统动态数学模型的“”测试测试l在推导出系统的传递函数之后，还要进一步通过工程测试法获得其具体参在推导出系统的传递函数之后，还要进一步通过工程测试法获得其具体参l数，最常用的测试方法是数，最常用的测试方法是“飞升曲线法飞升曲线法”。测试环境：电网电压为。测试环境：电网电压为AC220VAC220Vl环境温度为标准室温环境温度为标准室温2525。这是测定曲线、建立数学模型的标准条件。环。这是测定曲线、建立数学模型的标准条件。环l境变了，要作为随机干扰信号处理。测试画面如境变了，要作为随机干扰信号处理。测试画面如所示，测试软件采
34、用所示，测试软件采用l中文组态王编制。中文组态王编制。测测温温传传感感器器 加加热热电电阻阻 IPC AO0 AI0 PWM 电电路路+18V 图图4-9 4-9 在线飞升曲线法测定被控对象的动态特性在线飞升曲线法测定被控对象的动态特性l(1)(1)在组态王工程浏览器在组态王工程浏览器/设备设备/板卡板卡/研华研华/PCL812PG/PCL812PG路径下安装路径下安装PCL-812PGPCL-812PG多功能卡。多功能卡。l(2)(2)在组态王工程管理器中定义变量（在组态王中变量无斜体与下标）：模拟量输出在组态王工程管理器中定义变量（在组态王中变量无斜体与下标）：模拟量输出AO0AO0，I/
35、OI/Ol实数（要事先软件安装实数（要事先软件安装PCL-812PGPCL-812PG多功能卡，并进行多功能卡，并进行I/OI/O变量连接，选取变量连接，选取AO0AO0通道）；输入调节通道）；输入调节l内存实数，由于组态王内存实数，由于组态王Y-TY-T图的显示特点，要将内存实数的最大默认值图的显示特点，要将内存实数的最大默认值1 1109109改为改为5 5，才能调到，才能调到l5V5V时满幅显示；放大倍数时满幅显示；放大倍数K0K0，内存实数；稳态温度，内存实数；加热器温度采集，内存实数；稳态温度，内存实数；加热器温度采集AI0AI0，I/OI/O实数实数l加热器实测温度加热器实测温度y
36、 y，内存实数，类似地，要将内存实数的最大值改为，内存实数，类似地，要将内存实数的最大值改为100100，才能当温度为，才能当温度为100100l时满幅显示；时间常数时满幅显示；时间常数T T，内存实数；纯滞后时间，内存实数；初始温度，内存实数；稳态温，内存实数；纯滞后时间，内存实数；初始温度，内存实数；稳态温l度，内存实数；隐含与可见，内存离散。度，内存实数；隐含与可见，内存离散。l(3)(3)变量变量“输入调节输入调节”连接游标（可产生输入阶跃信号）、连接游标（可产生输入阶跃信号）、“加热器输入加热器输入”文本框和实时趋势文本框和实时趋势Y-TY-T图图l输入阶跃信号曲线；变量输入阶跃信号
37、曲线；变量“加热器实测温度加热器实测温度y”y”连接连接“加热器输出加热器输出”文本框和实时趋势文本框和实时趋势Y-TY-T图图加热加热l器实测温度曲线。器实测温度曲线。l(4)(4)组态王画面命令语言（循环扫描时间设置为组态王画面命令语言（循环扫描时间设置为1000ms1000ms）为：）为：l加热器实测温度加热器实测温度y=y=（加热器温度采集（加热器温度采集AI0AI0）*100/4095100/4095l模拟量输出模拟量输出AO0=AO0=输入调节输入调节*4095/54095/5；/*A/DA/D和和D/AD/A均为均为1212位转换位转换*/l(5)“(5)“初始温度初始温度”、“
38、稳态温度稳态温度”和和“K0”K0”为为3 3个自制按钮，用工具箱中的矩形图并放置文本个自制按钮，用工具箱中的矩形图并放置文本而成，它们动画连接而成，它们动画连接“l弹起时弹起时”的命令语言分别为：的命令语言分别为：l初始温度初始温度=加热器实测温度加热器实测温度y y；和稳态温度；和稳态温度=加热器实测温度加热器实测温度y y；l和和 放大倍数放大倍数K0=K0=（稳态温度（稳态温度-初始温度）初始温度）/（模拟量输出（模拟量输出AO0/4095AO0/4095）l(6)(6)图中的图中的“隐含隐含/可见可见”按钮用于控制、和按钮用于控制、和的可见与隐含，其的可见与隐含，其“按下时按下时”和
39、和“弹起弹起时时”的的l命令语言分别为：命令语言分别为：l隐含隐含/可见可见=0=0；和；和 隐含隐含/可见可见=1=1；l观察图观察图4-94-9，可见对象是一阶带纯滞后的自平衡对象，并且纯滞后时间系统时间常数，可见对象是一阶带纯滞后的自平衡对象，并且纯滞后时间系统时间常数l3 3因为测温传感器离加热电阻很近，故不再考虑。图因为测温传感器离加热电阻很近，故不再考虑。图4-94-9中参数、的测量是在在线运中参数、的测量是在在线运行行l时通过人工观察时通过人工观察Y-TY-T图测得并通过组态王软键盘（图测得并通过组态王软键盘（“”“”和和“”“”为为2 2个自制按钮，用工个自制按钮，用工具箱具箱
40、l中的矩形图并放置文本而成，它们的动画连接均选取中的矩形图并放置文本而成，它们的动画连接均选取“模拟值输入模拟值输入”，运行时，若，运行时，若用用l鼠标操作，可自动弹出小键盘，以便实时键入观察值，当然也可用普通硬键盘）键鼠标操作，可自动弹出小键盘，以便实时键入观察值，当然也可用普通硬键盘）键l入图形画面的，这不可避免地会带来一些观察误差，但适合一般工程的实际应用；入图形画面的，这不可避免地会带来一些观察误差，但适合一般工程的实际应用；l当然，也可考虑全自动测定，但是编程较烦琐。当然，也可考虑全自动测定，但是编程较烦琐。l(1)(1)系统的状态空间描述与控制性能指标系统的状态空间描述与控制性能指
41、标l(2)(2)基于连续型庞特里雅金最小原理的控制算法基于连续型庞特里雅金最小原理的控制算法l(1)(1)l要应用现代控制理论之离散型动态规划原理进行控制，必须进行离散化处理要应用现代控制理论之离散型动态规划原理进行控制，必须进行离散化处理l将连续型微分方程转换为离散型差分方程将连续型微分方程转换为离散型差分方程 l(2)(2)l状态空间描述法用五个空间来完整地描述一个动力系统，因此系统的空间是状态空间描述法用五个空间来完整地描述一个动力系统，因此系统的空间是l一个五元组，对本系统，它是离散型状态空间。一个五元组，对本系统，它是离散型状态空间。l(3)(3)l动态规划理论创立于二十世纪五十年代
42、初期。当时由于生产部门和空间科学动态规划理论创立于二十世纪五十年代初期。当时由于生产部门和空间科学l技术发展的需要，提出了一系列寻求多级决策过程的最优控制问题，动态规技术发展的需要，提出了一系列寻求多级决策过程的最优控制问题，动态规l划就是为了解决这类问题由美国数学家贝尔曼（划就是为了解决这类问题由美国数学家贝尔曼（R.BallmanR.Ballman）首先提出的。）首先提出的。l（1 1）基于经典二阶最佳工程设计技术控制律与主要参数）基于经典二阶最佳工程设计技术控制律与主要参数 l（2 2）特殊控制要求）特殊控制要求l（3 3）人机界面设计）人机界面设计l（4 4）I/OI/O设备的安装设备
43、的安装l（5 5）组态王变量设定）组态王变量设定l（6 6）控制软件设计）控制软件设计l（7 7）动态数据交换）动态数据交换DDEDDE通信通信l(1)(1)控制系统控制系统“密码启动密码启动”。“密码启动密码启动”或或“密码启停控制密码启停控制”是工业控制中常用是工业控制中常用l的安全操作方法，也是实现的安全操作方法，也是实现“一人一题一人一题”的具体措施之一。的具体措施之一。l(2)(2)只有当系统状态灯只有当系统状态灯HL0HL0、HLR0HLR0亮后，亮后，IPCIPC上的所有其它操作才能有效。上的所有其它操作才能有效。l(3)(3)只有当统状态灯只有当统状态灯HL0HL0、HLR0H
44、LR0亮后，将万能转换开关亮后，将万能转换开关SASA置于手动或自动，则相应的硬置于手动或自动，则相应的硬/l软灯软灯HL1/HLRSDHL1/HLRSD或或HL2/HLRZDHL2/HLRZD才能被点亮，也就是使得才能被点亮，也就是使得IPCIPC上的所有其它操作才能有效的上的所有其它操作才能有效的l具体实现手段。也可用屏幕上的软按钮具体实现手段。也可用屏幕上的软按钮SBRSDSBRSD、SBRZDSBRZD进行转换。进行转换。l(4)(4)只有当手动或自动灯亮以后，按动加热启动硬只有当手动或自动灯亮以后，按动加热启动硬/软按钮软按钮SB2/SBRJRSB2/SBRJR，则加热硬，则加热硬/
45、软灯软灯lHL3/HLRNJRHL3/HLRNJR被点亮，此时被点亮，此时IPCIPC才能真正地产生才能真正地产生AOAO信号传输到加热器加热控制电路；反之信号传输到加热器加热控制电路；反之l当按动加热停止硬当按动加热停止硬/软按钮软按钮SB3/SBRTZSB3/SBRTZ，则加热硬，则加热硬/软灯软灯HL3/HLJRHL3/HLJR熄灭，熄灭，AOAO信号立即变为信号立即变为l0 0，停止加热。，停止加热。l(5)(5)设置超温报警灯硬设置超温报警灯硬/软灯软灯HL4/HLRBJHL4/HLRBJ，当温度超过，当温度超过9090时，时，HL4/HLRBJHL4/HLRBJ立即被点亮，立即被点
46、亮，l且且HLRBJHLRBJ闪烁不停；并且还要用组态王的闪烁不停；并且还要用组态王的“报警窗口报警窗口”图形对象进行显示。图形对象进行显示。l(6)(6)进行温度恒值控制，用组态王游标进行温度设定，以方便修改与调节。另外的设定进行温度恒值控制，用组态王游标进行温度设定，以方便修改与调节。另外的设定l方法是：编程时直接数字设定，硬方法是：编程时直接数字设定，硬/软递增递软递增递/减按钮。减按钮。l(7)(7)系统放大倍数、时间常数编程时直接数字设定，而积分系数通过编程自动计算，用系统放大倍数、时间常数编程时直接数字设定，而积分系数通过编程自动计算，用l游标显示（游标是一种双向元件，兼有控制游标
47、显示（游标是一种双向元件，兼有控制/被控制功能）。被控制功能）。l(8)(8)设定温度、实际温度用实时趋势图（设定温度、实际温度用实时趋势图（Y-TY-T图）和文本数字显示方法显示，棒图和游图）和文本数字显示方法显示，棒图和游l标也是常用的显示方法。标也是常用的显示方法。l(9)(9)根据控制算法与控制律实时计算所得的加热器理论控制输入和实际控制输入（根据控制算法与控制律实时计算所得的加热器理论控制输入和实际控制输入（0 0l+5V+5V，通过在编程时将理论控制输入进行约束得到）用数字显示。，通过在编程时将理论控制输入进行约束得到）用数字显示。l(10)(10)利用组态王的动态数据交换利用组态
48、王的动态数据交换DDEDDE功能，进行组态王与功能，进行组态王与WindowsWindows电子表格应用软件电子表格应用软件lExcelExcel的双向数据通信，具体数据为某些重要的现场控制数据，如设定温度（给定温度的双向数据通信，具体数据为某些重要的现场控制数据，如设定温度（给定温度l和实际温度等，自己拟订。和实际温度等，自己拟订。l(11)(11)采用实时签名制度：做完实验，在组态王运行状态屏幕上进行实时签名，签上班采用实时签名制度：做完实验，在组态王运行状态屏幕上进行实时签名，签上班l级名称和姓名，而后用屏幕拷贝形式将加热器温控情况实时复制到实验报告级名称和姓名，而后用屏幕拷贝形式将加热
49、器温控情况实时复制到实验报告WordWord文件文件里。里。l(12)(12)应有年月应有年月/日期显示。日期显示。l经组态王工程浏览器经组态王工程浏览器/画面，分别建立名为画面，分别建立名为“加热器二阶最佳设计加热器二阶最佳设计”和和“报警报警显显l示与示与DDEDDE通信通信”的两个人机界面图形对象，前一个为主窗口，分别如图的两个人机界面图形对象，前一个为主窗口，分别如图4-94-9和和l4-104-10所示。所示。l(1)(1)经组态王工程浏览器经组态王工程浏览器/设备设备/板卡安装名为板卡安装名为“PCL812PGPCL812PG多功能卡多功能卡”的设备。的设备。l(2)(2)经组态王
50、工程浏览器经组态王工程浏览器/设备设备/COM1/PLC/COM1/PLC安装名为安装名为“亚控仿真亚控仿真PLC”PLC”的设备，的设备，用用l于将组态王中的某些内存变量如于将组态王中的某些内存变量如“设定温度设定温度TSD”TSD”等先用基于等先用基于“亚控仿真亚控仿真PLC”PLC”的的lI/OI/O变量替代，而后发送到其它变量替代，而后发送到其它WindowsWindows应用程序，如应用程序，如ExcelExcel等。等。l(3)(3)经组态王工程浏览器经组态王工程浏览器/设备设备/DDE/DDE安装名为安装名为“DDEDDE通信通信Excel”Excel”的设备，服务的设备，服务程
