试验机嵌入式测控系统的研究
摘要
串级控制系统是一种在工业控制中被广泛使用的控制方法。本文在分析了串
级控制系统的基础上，着重叙述了嵌入式测控系统在试验机上的应用。文章的主
要内容如下：
第一章 说明了试验机的应用背景及现状，从而提出了用嵌入式系统对试验机的测控。
第二章 研制了带阀芯位移的电液比例阀。分析试验机系统各部分的组成及工作
原理，并且对各部分的动态响应进行了理论分析。从而提出了主环采用
PID校正、副环采用P控制的串级控制方法。
第三章 说明了试验机测控系统各器件的选用，以及它们的原理图。分析了布线
时对系统的干扰源及解决办法。
第四章 在完成了相关的硬件电路设计后，本章主要论述了用KEIL C51语言在
嵌入式测控系统上的编程，实现试验机等加载速率测试的要求。
第五章 本章讨论了嵌入式测控系统与上位机的通讯，定义了通讯协议。以及在
嵌入式系统和上位机上通讯程序的开发。
第六章 本章叙述了对试验机测控系统软硬件上的调试，以及对主副回路参数的
整定，最后分析了试验结果。
第七章 对以上所做的研究工作进行总结，提出不足点，以及将来的改进。
本论文的特点是注重实用性，将工作机理与具体实现结合起来，用廉价的嵌
入式系统实现对试验机的控制。
Cascade control system is a common control system and is used in control process widely. Based on the comprehension of the conventional cascade control system, Embedded test control system application at the testing machine are researched in this paper, the content of this paper is:
Chapter 1 Narrates the application background and current situation of the testing
machine system. Then puts forward the application of the embedded
system at the testing machines system. Chapter 2 Analyses the composition of every parts of the testing machine and its
operation principle, and analyses the dynamic responses of them
theoretically. Put forwards the method which use PID in main loop and P
in subloop. Chapter 3 Narrates the selection of all parts of the test and control system of the
testing machines and their schematic diagram. Analyses the interference
source and solution to the system while routing. Chapter 4 Mainly discusses programming with KEIL C51 at embedded system
after accomplishing of hardware. This method meets the requirement of
constant loading speed. Chapter 5 This chapter discusses the communication between the embedded system
and PC. And defined the protocol. Develop the communication
procedure of the embedded system and PC. Chapter 6 This chapter discusses the debugging on the software and hardware of
the testing machines system. Adjust the parameter of two loops.
Analyzed the result of the test at last. Chapter 7 Summarizes what have done in the project development, and puts
forward some deficient. And the improvement in the future.
This paper's characteristic is paying attention to practicability, uniting the theory and practice into integrity. Realize the control on the testing machine with the low-priced embedded system.
级控制系统的基础上，着重叙述了嵌入式测控系统在试验机上的应用。文章的主
要内容如下：
第一章 说明了试验机的应用背景及现状，从而提出了用嵌入式系统对试验机的测控。
第二章 研制了带阀芯位移的电液比例阀。分析试验机系统各部分的组成及工作
原理，并且对各部分的动态响应进行了理论分析。从而提出了主环采用
PID校正、副环采用P控制的串级控制方法。
第三章 说明了试验机测控系统各器件的选用，以及它们的原理图。分析了布线
时对系统的干扰源及解决办法。
第四章 在完成了相关的硬件电路设计后，本章主要论述了用KEIL C51语言在
嵌入式测控系统上的编程，实现试验机等加载速率测试的要求。
第五章 本章讨论了嵌入式测控系统与上位机的通讯，定义了通讯协议。以及在
嵌入式系统和上位机上通讯程序的开发。
第六章 本章叙述了对试验机测控系统软硬件上的调试，以及对主副回路参数的
整定，最后分析了试验结果。
第七章 对以上所做的研究工作进行总结，提出不足点，以及将来的改进。
本论文的特点是注重实用性，将工作机理与具体实现结合起来，用廉价的嵌
入式系统实现对试验机的控制。
Cascade control system is a common control system and is used in control process widely. Based on the comprehension of the conventional cascade control system, Embedded test control system application at the testing machine are researched in this paper, the content of this paper is:
Chapter 1 Narrates the application background and current situation of the testing
machine system. Then puts forward the application of the embedded
system at the testing machines system. Chapter 2 Analyses the composition of every parts of the testing machine and its
operation principle, and analyses the dynamic responses of them
theoretically. Put forwards the method which use PID in main loop and P
in subloop. Chapter 3 Narrates the selection of all parts of the test and control system of the
testing machines and their schematic diagram. Analyses the interference
source and solution to the system while routing. Chapter 4 Mainly discusses programming with KEIL C51 at embedded system
after accomplishing of hardware. This method meets the requirement of
constant loading speed. Chapter 5 This chapter discusses the communication between the embedded system
and PC. And defined the protocol. Develop the communication
procedure of the embedded system and PC. Chapter 6 This chapter discusses the debugging on the software and hardware of
the testing machines system. Adjust the parameter of two loops.
Analyzed the result of the test at last. Chapter 7 Summarizes what have done in the project development, and puts
forward some deficient. And the improvement in the future.
This paper's characteristic is paying attention to practicability, uniting the theory and practice into integrity. Realize the control on the testing machine with the low-priced embedded system.
引文
[1] 钟绵新．液压万能试验机数字式电液比例控制系统的研究：[硕士论文]．杭州：浙江大学流体传动及控制研究所，1989
[2] 李小杰．CSS-2200系列电子万能试验机．试验技术与试验机．1996．3
[3] 姜殿鑫，丁国龙．CSS-280系列电液伺服试验机系统．试验技术与试验机 1996．3
[4] 李长森，李晓杰，董惠仁．微机控制电子液压万能试验机．试验技术与试验机，1996．3
[5] 杨宗发．全数字化伺服液压试验机—介绍Instron 8500系列试验机．新技术新工艺，1991．5
[6] 陈申．MTS材料试验机计算机适时控制系统的主要特点．试验机与材料试验，1984．6
[7] 何立民，《MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术》，北京航空航天大学出版社，1999年6月
[8] 王福瑞，《单片微机测控系统设计大全》，北京航空航天大学出版社，1998．4
[9] 骆涵秀，《试验机的电液控制系统》，机械工业出版社，1991．1
[10] 林建亚，何存兴，《液压元件》，机械工业出版社，1988．11
[11] 路甬祥，胡大紘，《电液比例控制技术》，机械工业出版社，1988．11
[12] Fumagalli, J. STD bus system monitors wave soldering machine. I&CS, vol.63, no.5. May 1990
[13] Squier, R./Steiglitz, K. Testing parallel simulators for two-dimensional lattice-gas automata. Complex Systems,vol.5, no. 1. Feb. 1991
[14] Petrenko, A./Yevtushenko, N./Lebedev, A./Das, A. Nondeterministic state machines in protocol conformance testing. IFIP Transactions C (Communication Systems), vol.C-19. Sept. 1993
[15] Shyh-Shiaw Kuo/Agazzi, O.E. Keyword spotting in poorly printed documents using pseudo 2-D hidden Markov models. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol.16, no.8. Aug. 1994
[16] Lupi, A. The embedded system profiler (ESP). Directed debugging. Elettronica Oggi. 15 April 1996
[17] Altintas, Y./Newell, N./Ito, M. Modular CNC design for intelligent machining. I. Design of a hierarchical motion control module for CNC machine tools. Transactions of the ASME. Journal of Manufacturing Science and Engineering. Nov. 1996
[18] 王显正，陈正航，《控制理论基础》，国防工业出版社，1989．11
[19] 金以慧，《过程控制》，1993，清华大学出版社，北京
[20] 顾瑞龙，《控制理论及电液控制系统》，机械工业出版社，1984．9
[21] 沈平，赵宏，孙优贤，《过程控制理论基础》，1991，浙江大学出版社，杭州
[22] 陈元杰等，“串级控制系统的PID参数自动整定算法”，《控制与决策》，11(5)，1996
[23] 李世伦，骆涵秀，“PWM型数控电液比例微小流量阀组”，《机床与液压》，1995．41
[24] 钟绵新，骆涵秀，李世伦，“液压万能试验机的PWM型电液比例控制系统”，《浙江大学学报(自然科学版)流体传动与控制专辑》，增刊／93
[25] 陶永华 尹怡欣等《新型PID控制及其应用》，机械工业出版社，1998．9
[26] 黄纯，李庆亮，“数控液压机及其PID控制”，《机电工程技术》，2001．1
[27] Neszveda, J./Harkay, T. Control by sampling with the programmable controller type PS3-DC. Meres es Automatika. Sept.-Oct. 1991
[28] Stokes, J./Sohie, G.R.L. Implementation of PID controllers on the Motorola DSP56000/DSP 560001. Microprocess. Microsyst. (UK). Sept. 1991
[29] Robot. Auton. Syst. Robust stability analysis of robot control systems. Robotics and Autonomous Systems. Nov. 1991
[30] 薛定宇，《控制系统计算机辅助设计MATLAB语言与应用》，清华大学出版社，19966月
[31] 赵文峰，《MATLAB控制系统设计与仿真》，西安电子科技大学出版社，2002．4
[32] 陈永春，《从Matlab／Simulink模型到代码实现》，清华大学出版社，2002．10
[33] AT89C52使用手册，http://www.21ic.com/
[34] TLC2543使用手册，TI，2000
[35] 卢文祥，杜润生，《机械工程测试·信息·信号分析》，华中理工大学出版社，
[36] MAX232使用手册，Maxim，1996
[37] 高鹏，安涛，《电路设计与制版Protel99》，人民邮电出版社，2000．2
[38] 田良，王尧，《综合电子设计与实践》，东南大学出版社，2002．3
[39] 徐爱钧，彭秀华．，《单片机高级语言C51应用程序设计》，电子工业出版社，1997
[40] 马忠梅，马岩，张凯等《单片机的C语言应用程序设计》，北京航空航天大学出版社，1999
[41] 李现勇，《Visual C++串口通信技术与工程实践》，人民邮电出版社，2002
[42] 于小亿，王辉，张志学，《用VC++6.0实现PC机与单片机之间》，武汉力源http://www.p8s.com/,2002.1
[43] 马安鹏，《Visual C++6程序设计导学》，清华大学出版社，2002．2
[44] 潘爱民，王国印，《Visual C++技术内幕》，清华大学出版社，1999．1
[45] Nukui, K./Arakawa, M./Komido, M./Taniguchi, T. An auto tuning method for obtaining optimal control parameters by following changes in process characteristics. Advances in Intrumentation and Control. Vol.46. Proceedings of the ISA/91 International Conference and Exhibition. 27-31 Oct. 1991
[46] Arnold, J.A./Early, M.C. Object-oriented design environments in process control. Proceedings of the ISA/89 International Conference and Exhibit. 22-26 Oct. 1989
[47] Er, M.J. Multirate PID control ora two-link flexible-joint robot. Journal of the Institution of Engineers Singapore. 1997
[2] 李小杰．CSS-2200系列电子万能试验机．试验技术与试验机．1996．3
[3] 姜殿鑫，丁国龙．CSS-280系列电液伺服试验机系统．试验技术与试验机 1996．3
[4] 李长森，李晓杰，董惠仁．微机控制电子液压万能试验机．试验技术与试验机，1996．3
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[33] AT89C52使用手册，http://www.21ic.com/
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[45] Nukui, K./Arakawa, M./Komido, M./Taniguchi, T. An auto tuning method for obtaining optimal control parameters by following changes in process characteristics. Advances in Intrumentation and Control. Vol.46. Proceedings of the ISA/91 International Conference and Exhibition. 27-31 Oct. 1991
[46] Arnold, J.A./Early, M.C. Object-oriented design environments in process control. Proceedings of the ISA/89 International Conference and Exhibit. 22-26 Oct. 1989
[47] Er, M.J. Multirate PID control ora two-link flexible-joint robot. Journal of the Institution of Engineers Singapore. 1997