第27卷第10期實驗室研究與探索Vol.27 No. 102008年10月RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORYOct. 2008設計型實驗設備的設計與開發(fā)彭秀艷，王顯峰， 秦亮亮(哈爾濱工程大學自動化學院，黑龍江哈爾濱150001)摘要:對目前使用比較廣泛的SKJ-PCI型數(shù)字隨動系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)進行了重新開發(fā),增加了各種綜合設計性實驗。改造后系統(tǒng)為學生提供了簡捷方便的接口,使學生自行設計開發(fā)的控制算法能方便嵌入系統(tǒng),實現(xiàn)如模糊控制和最小拍控制等。同時改造后系統(tǒng)提供了大量的幫助文檔,使學生使用起來方便,快捷。文章在對原系統(tǒng)的不足進行分析后,介紹了改進方案和實現(xiàn)的方法。關鍵詞:敷字隨動控制;設計型實驗;數(shù)字PID控制;最小拍控制;模糊控制中圍分類號:TP271文獻標識碼:A .文章編號:1006 -7167(2008)10 - 0029 -03Design and Development of Design Experiment EquipmentPENG Xiu-yan，WANG Xian-feng，QIN Liang-liang( Automation College, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)Abstract: The current used software system of SKJ-PCI digital servo control system was re- developed. Varied synthesisdesign experiments were added. The simple connection funections were given in the developed system. Therefore the de-veloping control algorithm can be inserted in the system easily, realizing fuzzy control and the minimum step control etc.And a lot of help documenltations were provided，so students can use it more easily. Through analyzing the insufficiencyof the system，the improved program and method were introduced. .Key words: digital servo control; design experiment; minimum step control; fuzzy controlCLC number: TP271Document code: AArticle ID: 1006 -7167(2008)10 - 0029 -03果,并且沒有相關的幫助文檔輔助教學,使用起來很不.1引言方便,因而有必要對系統(tǒng)進- - 步研究,重新開發(fā)上位機SKJ-PCI型數(shù)字隨動系統(tǒng)是自動控制原理實驗的軟件,從而豐富實驗內容,滿足實驗教學要求”。而重要實驗設備,主要用來進行本科階段數(shù)字隨動系統(tǒng)設備供應商也提供了相關軟件開發(fā)的功能,對接口的的有關實驗和研究。它提供集成操作軟件,通過PC操作都是開放的,也便于開發(fā)符合各學校自己需要的機可清晰地觀察控制系統(tǒng)的各項靜、動態(tài)特性。學生控制軟件部分。通過實驗可以掌握自動控制系統(tǒng)的結構、組成、工作原與原上位機軟件相比,本軟件將豐富實驗內容,使理和分析方法,并具備初步的分析系統(tǒng)和設計系統(tǒng)的學生自主設計的各種控制算法程序能嵌人到系統(tǒng)中能力。去。增加綜合設計性實驗,并且提供大量的幫助文檔。但這套實驗系統(tǒng)的上位機軟件實驗內容覆蓋面.它將進--步提高學生在實驗過程中對于計算機控制系小,缺少綜合設計性實驗,實驗過程過于簡單,整個實統(tǒng)硬件和軟件的設計與調試能力,以及分析和解決實驗過程學生只需要輸人幾個控制參數(shù)即可獲得實驗結驗過程中出現(xiàn)的實際問題的能力。將自已編寫的控制收稿日期:2007 -12-25算法“ 中國煤化化工了解整個數(shù)字控制項目基金:黑龍江省新世紀教改立項:創(chuàng)新綜合型實驗項目研究與的每-HCNMHG直過實驗可以更全面的了實驗儀器的研發(fā)。作者簡介:彭秀艷(1962-),女,遼寧人,教授，博士,研究方向為2數(shù)字隨動控制系統(tǒng)的基本原理和結構控制理論與控制工程。主持過多項實驗室教學改革,實驗儀器研發(fā)和改造項目。Tel:13304506680 ;E-mil:pxyl@ 163. com數(shù)字隨動系統(tǒng)由以下三部分組成:被控對象直流30實驗室研究與探索第27卷電機,微型計算機及輸人輸出接口電路以及外部設備[-4。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示:計算機;數(shù)據(jù)隨動實驗箱;執(zhí)行機構給定8+P18-.速度+0電流功率|直流l調節(jié)器調節(jié)器放大器電機-電流反饋目減速器速度反遭回瀏速電機位置反慣口光電碼盤圖1數(shù)字隨動系統(tǒng)原理方 框圖微型計算機系統(tǒng)是數(shù)字隨動控制的主體,由PCAMPCL. DLL包含到工程中。以下為具體實現(xiàn)步驟:機及接口電路板組成,實現(xiàn)輸人輸出轉換及控制運算;(1)將AMPCI. LIB文件拷貝到D:\工程路徑名光電編碼器作為角度檢測原件,用來實現(xiàn)轉角到數(shù)字下;將AMPCI. DLL文件拷貝到D:\工程路徑名\De-量的轉換。bug下。電機采用直流伺服電機,由脈沖調寬式功率放大(2)在VC6.0下選擇[工程:設置],“Project Set-器驅動伺服電機,伺服電機連同測速發(fā)電機和相應的ting"對話框;在“ProjectSetting"對話框中選“Link"相;調節(jié)器組成了雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)。在“Object/library modules" 欄中的庫文件隊列輸人本系統(tǒng)的數(shù)字量給定由預先存人計算機內存中的AMPCI. LIB ,確定。程序(目標角度跟蹤和波形跟蹤)來設定。直流伺服(3)將AMPCI. H文件添加到工程中。電機通過減速箱帶動光電編碼器和其同軸連接的圓刻以上設置完成后,在VC ++實現(xiàn)文件中加入in-度盤,將這個刻度盤作為本系統(tǒng)的被控對象,它可以進clude”AMPCL. H" ,就可在VC ++中使用上述函數(shù)。行任意角度的旋轉,它的轉角就是該系統(tǒng)的輸出量。這組函數(shù)在形式上類似Windows的API函數(shù)學生光電編碼器則是轉角檢測原件,當刻度盤處于某一位自己要想理解和正確使用這些函數(shù)不是很容易,同時置時,光電編碼器便產生一個相應的編碼,通過放大整這組函數(shù)操作的都是系統(tǒng)的某些端口,使用起來也不形并譯碼之后,輸出一個二進制數(shù)字量,送到接口電路方便,所以我們對這組麗數(shù)再次封裝,將其封裝成并行輸人口,并被定時地讀進計算機內,該數(shù)字量便是Write()和Readdata()兩個函數(shù),Write()用來將控制系統(tǒng)的反饋量。計算機運算后的控制量輸出到控制對象上,Readdata()用來將反饋信號讀人計算機內,這樣學生在編寫控3軟件系統(tǒng)開 發(fā)設計制算法的時候不需要了解這些計算機接口方面很專業(yè)本軟件主要涉及以下三方面的編程:接口編程,控的一些知識,就像使用普通的C函數(shù)- -樣使用這些接制界面編程,以及算法編程三部分?？诤瘮?shù),使用起來非常方便。3.1 接口程序3.2界 面程序為了實現(xiàn)用戶控制算法程序嵌人到控制系統(tǒng)中,人機交互界面部分主要包括窗口、菜單、對話框需要對原系統(tǒng)重新開發(fā),需編制用戶程序對計算機接等,在此對原系統(tǒng)界面程序進行了重新開發(fā),增加了實口的操作程序,即接口編程。接口編程主要實現(xiàn)計算驗項目,豐富了幫助文檔。機對反饋信號的讀人，以及將計算機運算后的控制量窗口是控制軟件的主界面,菜單用于選擇功能和輸出給控制對象,實際接口是將外部的模擬量轉化成命令,菜單主要包括實驗項目和實驗說明。實驗項.計算內部的數(shù)字量,同時將計算機計算后的數(shù)字量再目主要包括零點校正,參數(shù)整定,PID控制,模糊控制，轉化成模擬量作用到控制對象上。自行算法設計等,實驗說明主要是對各部分實驗原理在Windows環(huán)境下,用戶層應用程序不能對端口以及實驗步驟的說明,和- -些幫助文檔。直接進行讀寫,必須借助Windows驅動程序。但是,調對話框用于參數(shù)輸人和控制結果曲線的顯示及曲用驅動程序的方式和通常函數(shù)調用的方式不同,編程線數(shù)據(jù)打印。曲線界面設計在對話框上可以在點擊控人員需要具備相關知識。板卡供應商提供了一組函.制按中國煤化工倮數(shù)據(jù),使用起來比數(shù),通過對這組函數(shù)的調用來完成對端口的讀寫。這較方YHCNMHG作用,如圖2所示。組函數(shù)是以動態(tài)鏈接庫麗數(shù)的形式給出的”。3.3控制算 法程序在VC+ +的集成環(huán)境中,若調用這些函數(shù),需對控制程序是系統(tǒng)程序中最核心的部分，各種控制VC++編譯環(huán)境作一些設置,將其提供的動態(tài)鏈接庫(下轉第56頁)56實驗室研究與探索第27卷業(yè)出版社,2003.模擬[J].工業(yè)加熱,2005 ,34(2) :36-39.2] 韓占忠,王敬,蘭小平. 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Fluent技術基礎與應用實例[M].北京:北京理工大學出版社,2006.清華大學,2007. .[3] 王霞,包燕平,金友林.板坯連鑄中間包流場數(shù)值模擬[J].冶金[7] 張貴,朱榮,韓畫輝,等.70t電弧爐煉鋼集束射流氧槍流場研究,2006 ,899.的數(shù)值模擬及應用[J].特種鋼,06 ,27(5) :4648.[4]陳偉慶. 冶金工程實驗技術[ M].北京:冶金工業(yè)出版社,2004.[8]袁方明,王新華,張炯明，等.連鑄中間包水口堵塞的數(shù)值模擬徐文亮,張欣欣,馮妍卉,等。干熄焦擋板除塵器除塵性能的數(shù)值[J].金屬學報,2006 ,42(10) 1109-11040.0(上接第30頁)(7)自己編寫控制算法,在上述實驗的基礎上學算法及改進算法都在其中,系統(tǒng)的控制性能是否良好，生 自已設計實驗方案,編寫PID,最小拍,模糊控制算主要在于控制程序采取的算法是否正確。法加入到工程中觀看控制效果并對算法進行必要的優(yōu)本軟件編制了增量式PID,最小拍控制,模糊PID化。控制等算法,每個算法都編寫成一個獨立的C+ +文5結語件,實現(xiàn)了模塊化,減少了和程序其它部分的耦合,以便于修改和加入新的算法。學生可以參考系統(tǒng)中這些通過對原有SKJ-PCI型數(shù)字隨動實驗系統(tǒng)上位機控制示例,幫助啟發(fā)生自己編寫控制算法程序加人到軟件的開發(fā),補充豐富了自動控制原理實驗室開設的工程中[5-7。數(shù)字隨動系統(tǒng)實驗項目,可以開出學生自主編寫控制程序實驗,如模糊控制實驗，模糊PID控制實驗等。并提供了豐富的“幫助"文檔,從而改善了實驗效果。同時對SKJ-PCI型數(shù)字隨動系統(tǒng)實驗臺的硬件和軟件接口部分進行了研究,封裝了對接口進行操作的一系列函數(shù),實現(xiàn)了軟件部分和硬件之間的分離,降低了系統(tǒng)軟硬件之間的耦合度,使操作者能集中精力到控制部.分的實現(xiàn)和研究上,不必關注太多計算機的細節(jié)知識，減少了使用者的負擔。采件個數(shù):廠L開始控制」 戴塑保在放大一」_上一步SKJ-PCI數(shù)字隨動系統(tǒng)上位機軟件的成功開發(fā)對《屆小;Cencel自動控制原理實驗教學做出了一定的貢獻。通過對實驗內容的補充和完善,使學生可以學到更多的知識。圖2控制界 面圖本課題的研究為國內小功率隨動系統(tǒng)學習機的研發(fā)提4新開發(fā)系統(tǒng)實驗項目供了依據(jù)。使原實驗儀器成為能開發(fā)出多種綜合設計(1)DA輸出實驗,用軟件輸出數(shù)字量控制信號,型實驗的新型實驗儀器。這種思路和開發(fā)方案具有重要意義和推廣價值。以達到控制直流電機的正翻轉和調速的目的。(2)光電碼盤數(shù)據(jù)采集實驗,通過手動轉動測速參考文獻( References):發(fā)電機后的碼盤,在控制軟件上觀察角度的變化,讓學[1]馬忠麗. 高校自動化專業(yè)試驗設備的自主研制與開發(fā)[].實驗室生在幫助文檔和具體感性實驗的基礎上了解光電碼盤研究與探索,2005 ,(24) :364-367.的原理,明確數(shù)字轉化的過程。[2]金若君. 數(shù)字隨動系統(tǒng)的研制[J].機電工程,2004 ,21(8) :4446.(3)參數(shù)整定,通過“臨界等幅震蕩”法,測試系[3] 高巖等,黃志興.數(shù)字隨動控制系統(tǒng)的開發(fā)[J實驗技術與管理，2005(22) :50-53.統(tǒng)性能,求出PID控制參數(shù)。[4] sKJ-PC1型數(shù)字隨動實驗系統(tǒng)實驗指導書[Z].北京:清華大學科(4) PID位置隨動實驗，PID控制方式下的階躍，教儀器廠.2006.正弦,三角波的跟蹤控制,了解PID各參數(shù)對控制性能[5] 章衛(wèi)國,楊向忠模糊控制理論與應用[M].西安;酉北工業(yè)大學的影響。出版社,000.(5)最小拍控制的參數(shù)并輸人到軟件中觀看控制[6]王勤.計算機控制技術[ M].南京;東南大學出版社,2003.效果,并了解最小拍控制方法的原理及實現(xiàn)方法。[7]趙福貴。基于二次調節(jié)的減速器加載系統(tǒng)分析與模糊控制研究中國煤化工文2006.(6)模糊控制PID,在模糊控制PID控制方式下實現(xiàn)階躍,正弦,三角波的跟蹤控制，了解模糊控制的[8]CHCNMHG+信息系統(tǒng)設計與開發(fā)實例基本原理以及實現(xiàn)方式,并同傳統(tǒng)的PID控制進行性能比較,總結模糊控制的優(yōu)缺點。