一种新型智能控制器的研究和设计
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摘要
本论文提出了一种新的智能控制器设计的思想和方法，将这种控制器命名为九点控制器。一方面从理论上对这种智能控制策略进行了研究，并对其静态和动态性能进行了探讨；另一方面以这种控制策略为基础设计了温度智能控制器以实现对电阻炉温度的控制。这种控制器的主要优点是：控制策略简单，没有复杂的推导和计算，在工程实践上，控制器的硬件和软件设计都显得很简单，这样对降低成本是很有好处的。
在理论研究方面使用的主要工具是仿真软件MATLAB，利用该软件对控制系统进行仿真研究。主要作了以下几个方面的研究工作：以基本逻辑型控制器为基础，提出了九点控制器的控制思想，并从相平面的角度对控制器的控制策略进行了分析；根据控制要求和控制精度对控制器的几种表现形式进行了探讨；对控制器进行了相平面分析，初步确定了控制器参数对系统性能的影响；对控制器的稳态性能进行了分析，确定了系统稳态性能主要受哪几个参数的影响，是如何受影响的；对控制器的动态性能进行了研究，确定了系统的动态性能指标主要受到哪几个参数的影响；根据对稳态和动态性能的研究提出了确定控制器参数的方法。
在工程实践上，以九点控制器的控制策略为基础，设计了电阻炉温度控制器，控制器的设计主要包括硬件设计和软件设计。硬件设计主要有主控制模块、输入信号采集和转换模块、输出信号模块、人机接口模块等的设计。由于控制器的控制算法比较简单，主控制器采用PHILIPS公司的8位单片机80C552，该芯片内部集成了A／D转换器；温度信号用热电偶进行采集，经过温度零点补偿和线性补偿后送入单片机；输出模块主要是对温度的控制模块，对温度的控制是通过控制双向可控硅的不同通断比来实现的，可控硅的触发方式采用过零触发；人机接口主要是键盘和显示器的设计，键盘设计比较简单，设置了4个键，显示器采用点阵式字符型LCD显示模块DMC24138。软件设计采用模块化设计方法，主要包括这几个模块：控制算法模块、主控程序模块、输入信号采样模块、输出信号模块和人机接口模块等。
This dissertation presents a design idea and method of a kind of new intelligent controller that is named a nine-points controller. On the one hand, a control tactic, steady-state performance and dynamic Performance of the kind of intelligent controller is researched theoretically; On the other hand, a temperature controller is designed based on this control tactic in order to implement control to temperature of electrical oven. This controller has several advantages: for example, its control tactic is simple; a design of its hardware and software is also simple.
A control system is researched theoretically by means of simulation and the simulation tool is MATLAB software. Main research is as follows: a kind of control idea of a nine-points controller is presented based on a basic logic controller and control tactic is analyzed based on phase-plane method; several output forms are discussed on the ground of control request; it is confirmed basically that performance of controller is affected by parameters of the controller based on phase-plane analysis; steady-state performance is researched to confirm parameters of the controller how to affect steady-state performance of system; dynamic performance is researched to confirm parameters of the controller how to affect dynamic performance of system; at last, a method is given confirming parameters of the controller on the ground of steady-state and dynamic performance.
An electrical oven temperature controller is designed based on control tactic of nine-points controller. Hardware design includes main controller module, input signal collection and transformation module, output signal module, man-machine interface module and so on. The main controller is an 8 bits Single Chip Microcomputer 80C552 from PHILIPS company. Temperature signals are collected by a thermocouple.Output module is actually temperature control module and temperature is control by a two-way SCR. Man-machine interface is designed for keyboard and display. Software design adopts module design method.
Main modules are as follows: control algorithm module, main control program module, input signal collection module, output signal module and man-machine interface module and so on.
在理论研究方面使用的主要工具是仿真软件MATLAB，利用该软件对控制系统进行仿真研究。主要作了以下几个方面的研究工作：以基本逻辑型控制器为基础，提出了九点控制器的控制思想，并从相平面的角度对控制器的控制策略进行了分析；根据控制要求和控制精度对控制器的几种表现形式进行了探讨；对控制器进行了相平面分析，初步确定了控制器参数对系统性能的影响；对控制器的稳态性能进行了分析，确定了系统稳态性能主要受哪几个参数的影响，是如何受影响的；对控制器的动态性能进行了研究，确定了系统的动态性能指标主要受到哪几个参数的影响；根据对稳态和动态性能的研究提出了确定控制器参数的方法。
在工程实践上，以九点控制器的控制策略为基础，设计了电阻炉温度控制器，控制器的设计主要包括硬件设计和软件设计。硬件设计主要有主控制模块、输入信号采集和转换模块、输出信号模块、人机接口模块等的设计。由于控制器的控制算法比较简单，主控制器采用PHILIPS公司的8位单片机80C552，该芯片内部集成了A／D转换器；温度信号用热电偶进行采集，经过温度零点补偿和线性补偿后送入单片机；输出模块主要是对温度的控制模块，对温度的控制是通过控制双向可控硅的不同通断比来实现的，可控硅的触发方式采用过零触发；人机接口主要是键盘和显示器的设计，键盘设计比较简单，设置了4个键，显示器采用点阵式字符型LCD显示模块DMC24138。软件设计采用模块化设计方法，主要包括这几个模块：控制算法模块、主控程序模块、输入信号采样模块、输出信号模块和人机接口模块等。
This dissertation presents a design idea and method of a kind of new intelligent controller that is named a nine-points controller. On the one hand, a control tactic, steady-state performance and dynamic Performance of the kind of intelligent controller is researched theoretically; On the other hand, a temperature controller is designed based on this control tactic in order to implement control to temperature of electrical oven. This controller has several advantages: for example, its control tactic is simple; a design of its hardware and software is also simple.
A control system is researched theoretically by means of simulation and the simulation tool is MATLAB software. Main research is as follows: a kind of control idea of a nine-points controller is presented based on a basic logic controller and control tactic is analyzed based on phase-plane method; several output forms are discussed on the ground of control request; it is confirmed basically that performance of controller is affected by parameters of the controller based on phase-plane analysis; steady-state performance is researched to confirm parameters of the controller how to affect steady-state performance of system; dynamic performance is researched to confirm parameters of the controller how to affect dynamic performance of system; at last, a method is given confirming parameters of the controller on the ground of steady-state and dynamic performance.
An electrical oven temperature controller is designed based on control tactic of nine-points controller. Hardware design includes main controller module, input signal collection and transformation module, output signal module, man-machine interface module and so on. The main controller is an 8 bits Single Chip Microcomputer 80C552 from PHILIPS company. Temperature signals are collected by a thermocouple.Output module is actually temperature control module and temperature is control by a two-way SCR. Man-machine interface is designed for keyboard and display. Software design adopts module design method.
Main modules are as follows: control algorithm module, main control program module, input signal collection module, output signal module and man-machine interface module and so on.
引文
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[3] 张南纶．泛布尔代数在工程中的应用．武汉大学学报，1997，第9期
[4] 孙晓明，张南纶．九点控制器．第四界全球智能控制与自动化大会．上海：华东理工大学出版社，2002，644～648
[5] 谭思云，徐武雄．九点控制器相平面分析．武汉理工大学学报(信息与管理工程版)．2002，第5期，115～116
[6] 谭思云，徐武雄．九点控制器稳态性能分析．武汉理工大学学报．2002，第10期，82～85
[7] 谭思云，徐武雄．九点控制器动态性能研究．武汉理工大学学报．2002，第11期,78～79
[8] 孙宏涛．智能控制及其工程应用：[硕士学位论文] ．北京：北京工业大学．37～40
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[14] 王俊普．智能控制．合肥：中国科学技术出版社，1996，3～6
[15] 罗公亮，秦世引．智能控制导论．浙江：浙江科学技术出版社，1998，1～6
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[18] 曲富林，李博．模糊控制器在温度控制中的应用．东北电力学院学报，1996．16(3)，85～88
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