基于ARM9的燃?xì)鉄崴┡仩t控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計

1、 獨創(chuàng)性聲明本人所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知,除特別加以標(biāo)注的地方外,論文中不包含其他人的研究成果。與我一同工作的同志對本文的研究工作和成果的任何奉獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并已致謝。本論文及其相關(guān)資料假設(shè)有不實之處,由本人承當(dāng)一切相關(guān)責(zé)任。論文作者簽名:丞掏昃口年羅月加日學(xué)位論文使用授權(quán)本人作為學(xué)位論文作者了解并愿意遵守學(xué)校有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定,即:在導(dǎo)師指導(dǎo)下創(chuàng)作完成的學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸西安理工大學(xué)所有,本人今后在使用或發(fā)表該論文涉及的研究內(nèi)容時,會注明西安理工大學(xué)。西安理工大學(xué)擁有學(xué)位論文的如下使用權(quán),包括:學(xué)?？梢员４鎸W(xué)位論文;可以采用

2、影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文;可以查閱或借閱。本人授權(quán)西安理工大學(xué)對學(xué)位論文全部內(nèi)容編入公開的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索。本學(xué)位論文全部或局部內(nèi)容的公布包括刊登授權(quán)西安理工大學(xué)研究生學(xué)院辦理。經(jīng)過學(xué)校保密辦公室確定密級的涉密學(xué)位論文,按照相關(guān)保密規(guī)定執(zhí)行;需要進(jìn)行技術(shù)保密的學(xué)位論文,按照?西安理工大學(xué)學(xué)位論文技術(shù)保密申請表?內(nèi)容進(jìn)行保密附?西安理工大學(xué)學(xué)位論文技術(shù)保密申請表?。保密的學(xué)位論文在解密后,適用本授權(quán)。導(dǎo)師簽名:論文作者簽名:丞拘劫,年其妒摘要 學(xué)科名稱:檢測技術(shù)與自動化裝置研究生:張楠 簽名:塑掏指導(dǎo)教師:李強(qiáng)副教授摘要我國北方城鎮(zhèn)冬季供暖是與人民日常生活緊密相關(guān)的一項重要工作,由于供暖面

3、積廣,供暖時問長,所以如何在保證供暖質(zhì)量的同時合理的利用能源,同時實現(xiàn)供暖的自動控制,減少人力和物力的消耗,是一個亟待解決的問題。而鍋爐供暖一直是供暖的主要形式,所以對鍋爐控制器的研究與設(shè)計就顯得很有必要。本課題首先分析了鍋爐供暖的工藝流程,確定了燃?xì)鉄崴┡仩t的主要被控對象為鍋爐的出水溫度。為了尋找一套適合燃?xì)鉄崴仩t的控制方法,分別研究了常規(guī)控制、模糊控制、動態(tài)矩陣預(yù)測控制等控制方法對鍋爐出水溫度的控制效果,在下進(jìn)行了仿真,并且分析了每種控制方法當(dāng)參數(shù)改變時對系統(tǒng)性能的影響。然后基于?開發(fā)了控制器的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件局部以位低功耗微處理器三星為核心,利用開發(fā)板,完成了控制器硬件系統(tǒng)

4、的設(shè)計,主要包括轉(zhuǎn)換電路、/轉(zhuǎn)換電路、觸摸屏電路等。在基于硬件電路的基礎(chǔ)上,完成了交叉工具鏈的建立、/、/驅(qū)動程序的設(shè)計、控制程序編寫等,另外利用/開發(fā)了圖形界面,實現(xiàn)了工藝流程圖、實時參數(shù)的設(shè)置與顯示功能。總體上看,本文分析了常規(guī)控制、模糊控制、動態(tài)矩陣控制三種控制方法,完成鍋爐控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計,無論是對理論研究人員還是系統(tǒng)設(shè)計人員都提供了參考,同時對其它控制系統(tǒng),如溫度、流量、液位等,提供了借鑒,有一定的實用價值。關(guān)鍵詞:供暖鍋爐;先進(jìn)過程控制;/西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文: :么,鋁: .。. ,. .?. ,. . . ,/,/ , ,. . ., ,/,/ ,. /.,., ,

5、., , ,.西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文: ;/目錄緒侖?.研究背景及意義?.國內(nèi)外研究進(jìn)展?. 嵌入式系統(tǒng)概述.本課題所做工作?.燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究?.燃?xì)鉄崴仩t供暖系統(tǒng)工藝流程及控制任務(wù)?.燃?xì)鉄崴┡仩t出水溫度的控制策略分析?.被控對象的數(shù)學(xué)模型.常規(guī)控制.模糊控制.模糊控制介紹.模糊控制器的設(shè)計?.仿真及分析?.動態(tài)矩陣預(yù)測控制?.預(yù)測控制.動態(tài)矩陣預(yù)測控制.動態(tài)矩陣預(yù)測控制仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件平臺設(shè)計.系統(tǒng)總體設(shè)計?.?./轉(zhuǎn)換電路./轉(zhuǎn)換電路.電路?。基于.的鍋爐出水溫度控制系統(tǒng)軟件的開發(fā).嵌入式開發(fā)環(huán)境的建立.?系統(tǒng)開發(fā)流程?.建立交叉編譯工具鏈.設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)?.設(shè)

6、備驅(qū)動程序的分類.字符設(shè)備驅(qū)動程序重要組成. /驅(qū)動程序設(shè)計?./驅(qū)動程序設(shè)計?.控制程序設(shè)計.嵌入式圖形界面的設(shè)計.。介紹./開發(fā)環(huán)境的安裝?.界面設(shè)計實驗結(jié)果分析?.總結(jié)與展望.致訪參考文獻(xiàn)?.第章緒論緒論.研究背景及意義我國北方城鎮(zhèn)冬季供暖是與人民日常生活緊密相關(guān)的一項重要工作,由于供暖面積廣,供暖時間長,所以如何在保證供暖質(zhì)量的同時合理的利用能源,同時實現(xiàn)供暖的自動控制,減少人力和物力的消耗,是一個亟待解決的問題。而鍋爐供暖一直是供暖的主要形式,所以對鍋爐控制器的研究與設(shè)計就顯得很有必要。鍋爐的根據(jù)不同燃料分為多種形式,目前主要采用的有燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t、燃油鍋爐和電鍋爐。這幾種燃料形

7、式的鍋爐都有各自的應(yīng)用領(lǐng)域,但是熱效率有很大的區(qū)別,供熱的本錢和效益也各不相同。燃煤鍋爐在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)是我國使用最為廣泛的供暖鍋爐,我國煤炭儲量豐富,價格相對較低,所以煤炭是我國主要的供熱能源。但是它的存在許多缺點,比方煤燃燒會產(chǎn)生大量的污染物,對環(huán)境造成很大的污染,燃煤鍋爐的效率相對不高,容易對能源造成浪費。由于對環(huán)保的要求越來越高,所以燃油鍋爐的使用也越來越多,燃油鍋爐污染小、操作簡單,運行管理較為容易,有許多優(yōu)勢,但是,由于我國石油資源有限,所以燃料費用必然比擬昂貴,同時燃料的儲存也具有一定的危險性。電能用于供熱,相比其他能源有許多優(yōu)點,比方環(huán)境污染小,清潔無噪聲,易于實現(xiàn)自動化控

8、制等,但是我國用電一直處于較為緊張的狀態(tài),用電本錢高,所以電鍋爐供暖難以大范圍推廣。隨著環(huán)保意識的加強(qiáng),使用清潔能源供暖是開展的趨勢,尤其在我國許多大中城市,燃?xì)忮仩t供暖已經(jīng)成為了主要的供暖形式,許多城市實施了“煤改氣等一系列工程。天然氣燃燒比其他燃料形式產(chǎn)生更少的氮氧化合物和,燃燒效率也更高,是一種清潔的供暖方式,燃?xì)忮仩t房的設(shè)計也比燃煤鍋爐更為簡潔,在管理、運行、維護(hù)方面也簡單,但是要求更為嚴(yán)格。不過,不能否認(rèn)的是目前燃?xì)夤┡拇蠓秶茝V存在不少困難,比方說目前處于燃?xì)饫贸跗?容易出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀況,其次燃?xì)獾馁M用較高,會造成許多家庭的負(fù)擔(dān),同時燃?xì)忮仩t房對平安性要求高,也是一個原因,但

9、是增加燃?xì)忮仩t供暖,減少環(huán)境污染,是一個趨勢。目前計算機(jī)控制廣泛應(yīng)用于鍋爐控制系統(tǒng),隨著計算機(jī)技術(shù)和控制理論的開展,鍋爐的自動運行逐漸取代了工人的手工操作,有效的提高了鍋爐運行的穩(wěn)定性和平安性,而且還大大的降低了人力和物力的消耗,控制系統(tǒng)可直觀的反響鍋爐的工作狀態(tài)信息,并且能保存歷史數(shù)據(jù),為提高鍋爐的工作效率和供暖的經(jīng)濟(jì)效益做出了巨大奉獻(xiàn)。在我國燃?xì)夤崾且环N新的供熱方式,大量燃?xì)忮仩t投入運行后出現(xiàn)了燃?xì)夂牧扛?、鍋爐冷凝水多、鍋爐腐蝕嚴(yán)重、沿用燃煤鍋爐管理方式等諸多問題,甚至出現(xiàn)了平安事故。如何在保證供暖質(zhì)量的根底上降低燃?xì)赓M用,延長鍋爐使用壽命,保證燃?xì)忮仩t平安穩(wěn)定運行,提高設(shè)備管理水平等問

10、題亟待解決,所以開發(fā)一種高效節(jié)能的鍋爐控制系統(tǒng)是很有必要的【司。西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.國內(nèi)外研究進(jìn)展在國外,燃?xì)夤嵋呀?jīng)使用幾十年,燃?xì)夤峒夹g(shù)非常成熟,不僅在平安、節(jié)能、延長鍋爐使用壽命、自動控制和通信方面處于領(lǐng)先地位,而且實現(xiàn)了無人值守。例如美國、日本、俄羅斯、德國等國已實現(xiàn)了集中供暖的自動控制和管理。供暖的自動化管理可以有效地提高平安性和經(jīng)濟(jì)效益。例如北歐的 監(jiān)控系統(tǒng),通過安裝溫控閥,根據(jù)室內(nèi)溫度以及室外溫度的變化,熱力站自動調(diào)節(jié)供暖溫度,還可以實現(xiàn)變流量運行。資料說明,瑞典集中供熱的熱損失比我國少%。國內(nèi)對供暖鍋爐的研究起步較晚,由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件等原因,相比國外有不小的差距。燃?xì)忮?/p>

11、爐的關(guān)鍵部件是燃燒器。目前國內(nèi)生產(chǎn)的燃?xì)忮仩t配用國內(nèi)燃燒器的比例很小,大局部采用威索,歐克、利雅路、力威、扎克等進(jìn)口燃燒器。大多數(shù)鍋爐控制系統(tǒng)可控制的還是開關(guān)量設(shè)備,如風(fēng)機(jī)、爐排和水泵的開關(guān)或者閥門控制,不能對他們精確連續(xù)調(diào)節(jié),控制手段單一,控制精度低。我國的鍋爐目前以煤為主要燃料,耗煤量接近全國煤產(chǎn)量的三分之一,燃用的主要是中、低質(zhì)煤,工業(yè)污染十分嚴(yán)重。年代,鍋爐根本上都是靠人手工操作的,幾乎沒有自動化系統(tǒng)。到了、年代,由常規(guī)儀表和調(diào)節(jié)儀表構(gòu)成的簡單控制系統(tǒng)出現(xiàn)在了鍋爐控制中,它比人工操作平安可靠,所以已經(jīng)用于許多企業(yè),也解決了許多人工操作時代未解決的問題,但是,當(dāng)時我國的儀表技術(shù)水平還不是

12、很高,元件和工藝相對落后,所以模擬系統(tǒng)難以滿足生產(chǎn)的開展。到了年代,計算機(jī)已經(jīng)成功運用于多種控制場合,計算機(jī)控制系統(tǒng)大大推動了控制系統(tǒng)的性能,控制精度高,運算速度快,無論對實時控制還是分時控制都有很好的控制效果,同時也能實現(xiàn)許多復(fù)雜的控制規(guī)律。到了世紀(jì),計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速開展,對鍋爐的控制更加便捷平安可靠,信息交流方便,更加推進(jìn)了鍋爐控制的開展。從控制方法上說,歐美等興旺國家對風(fēng)機(jī)和水泵等電機(jī)的變頻控制已經(jīng)相當(dāng)成熟,自世紀(jì)年代以來,模糊控制、自適應(yīng)控制等智能控制算法的開展以及應(yīng)用,在實際中取得了良好的控制效果。具體控制方法方面,在國內(nèi)常規(guī)控制是使用最廣泛的控制方法,控制方法原理簡單、使用方便,但

13、控制需要知道被控對象的精確數(shù)學(xué)模型,但是供暖系統(tǒng)總體是一個大慣性、大滯后的非線性系統(tǒng),一方面很難建立精確的數(shù)學(xué)模型,另一方面由于對象不確定性,控制參數(shù)不能始終保證最優(yōu),所以控制精度一般。在控制芯片方面,以往控制芯片大多項選擇取單片機(jī),由于單片機(jī)受位數(shù)以及硬件資源的限制,所以處理能力有限,對于實時多任務(wù)的要求不能滿足,而一般鍋爐控制系統(tǒng)需要處理溫度、壓力、流量等許多物理量,所以對控制芯片性能要求較高。并且單片機(jī)不能運行大型操作系統(tǒng),所以對于大型任務(wù)就顯得比擬吃力。芯片比單片機(jī)有更強(qiáng)大的處理能力,更豐富的硬件資源,而且支持多種編程語言,尤其是在圖像和網(wǎng)絡(luò)功能方面,有很強(qiáng)的優(yōu)勢。由于芯片能運行、 、

14、等嵌入式操作系統(tǒng),所以用其開發(fā)的系統(tǒng)功能更是優(yōu)于單片機(jī)系統(tǒng),以系統(tǒng)為例,內(nèi)核包含了進(jìn)第章緒論嵌入式技術(shù)更適合鍋爐控制系統(tǒng)。.嵌入式系統(tǒng)概述嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計算機(jī)系統(tǒng),一般由嵌入式微處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、外圍硬件設(shè)備和用戶應(yīng)用程序局部組成。嵌入式設(shè)備在日常生活中隨處可見,在消費電子方面有 、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、機(jī)、自動售貨機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱等;在軍事方面有雷達(dá)、武器控制裝置等;在工業(yè)控制方面有各種儀表、控制系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人等,嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面。嵌入式系統(tǒng)始于世紀(jì)年代,公司首先推出了世界上第一個微處理芯片,其后各公司推出了多種、位微處理器,通過這些微處理器構(gòu)成單板計算機(jī)系統(tǒng)

15、。世紀(jì)年代,單片機(jī)的誕生是單片機(jī)歷史上的里程碑,與單板機(jī)相比,單片機(jī)體積大大減小,功耗和本錢下降,可靠性提高,值得一提的是這個時期嵌入式操作系統(tǒng)也開始被運用于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā),雖然功能較為簡單,但是能實現(xiàn)任務(wù)管理、數(shù)據(jù)通信、中斷處理等功能,提高了開發(fā)效率,比擬著名的有公司的、公司的、公司的等。世紀(jì)年代,嵌入式應(yīng)用飛速開展,位嵌入式處理器已經(jīng)成為高中端嵌入式應(yīng)用和設(shè)計的主流,位體系已成為一種事實上的標(biāo)準(zhǔn),此時出現(xiàn)了操作系統(tǒng),并且在嵌入式領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用,處理器加嵌入式操作系統(tǒng)成為了一種經(jīng)典的嵌入式開發(fā)組合。進(jìn)入世紀(jì),嵌入式技術(shù)日趨成熟,隨著互聯(lián)網(wǎng)的開展,嵌入式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化功能越來越高,市場需求

16、也越來越巨大,各種嵌入式設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用,繼續(xù)展現(xiàn)出很好的開展趨勢。是 高級精簡指令系統(tǒng)處理器的縮寫,是由英公司開發(fā)出來的一套處理器體系。公司將技術(shù)授權(quán)給全球不同的芯片生產(chǎn)商進(jìn)行生產(chǎn),如、三星、等公司,而公司自己并不進(jìn)行生產(chǎn),只負(fù)責(zé)提供技術(shù)?；谔幚砥鞯募夹g(shù)約占位處理器%以上的份額,它一般具有體積小、功耗低、本錢低、性能高、速度快等優(yōu)勢。而系列具有的一個很重要的特點是具有全性能的,支持、等多種嵌入式操作系統(tǒng),可大大加強(qiáng)嵌入式系統(tǒng)的性能。與嵌入式技術(shù)緊密相關(guān)的是操作系統(tǒng)。從年誕生到現(xiàn)在,以其體積小、可裁剪、運行速度高、良好的網(wǎng)絡(luò)性能等優(yōu)點,開展為一款功能十分強(qiáng)大的操作系統(tǒng),具備內(nèi)存管理、進(jìn)程

17、管理、虛擬文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理等眾多功能,它可運行在、等多種硬件平臺,而且它還完全開放源代碼,所以這就可以大大的降低開發(fā)本錢,同時也對一些主流的收費嵌入式系統(tǒng),如微軟的 等,形成了巨大的挑戰(zhàn),也因此得到全世界很多開源愛好者的親睞,更加促進(jìn)了的進(jìn)步與開展。西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.本課題所做工作本文主要分為四局部:緒論局部、理論研究局部、系統(tǒng)硬件設(shè)計實現(xiàn)局部和系統(tǒng)軟件設(shè)計實現(xiàn)局部。本人所作的工作主要有:通過對燃?xì)鉄崴仩t供暖系統(tǒng)的分析,得出控制方案。對常規(guī)控制、模糊控制和動態(tài)矩陣預(yù)測控制進(jìn)行了研究,并通過進(jìn)行了仿真,比照不同參數(shù)對控制效果的影響。基于開發(fā)板的控制器硬件的設(shè)計與實現(xiàn),主要有/轉(zhuǎn)換電路

18、、/轉(zhuǎn)換電路、觸摸屏電路等。在操作系統(tǒng)下,完成了系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn),主要有交叉工具鏈的建立、/驅(qū)動程序的設(shè)計、控制程序編寫等,另外利用/開發(fā)了圖形界面,實現(xiàn)了良好的人際交互。西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文控制電磁閥到達(dá)控制回水壓力的目的?？偟膩碚f,對熱水鍋爐供暖系統(tǒng)的控制主要分為兩個方面,即燃燒系統(tǒng)控制和管網(wǎng)系統(tǒng)控制,燃燒系統(tǒng)決定了鍋爐的出水溫度,而對燃?xì)鉄崴┡仩t最主要的控制是對出水溫度的控制,所以本文主要研究對鍋爐出水溫度的控制,設(shè)計一個自動控制系統(tǒng),使鍋爐的出水溫度實現(xiàn)自動控制,其他方面的控制可作為輔助研究。.燃?xì)鉄崴┡仩t出水溫度的控制策略分析現(xiàn)主要有三種集中供暖系統(tǒng)控制方式,通過改變

19、鍋爐出水回水溫度的方式稱之為質(zhì)調(diào),通過改變供熱熱水流量的方式稱之為量調(diào),通過改變熱用戶使用熱源的時間長短稱為間歇式供暖。本文選取目前應(yīng)用較多的改變鍋爐出水溫度的方式進(jìn)行質(zhì)調(diào)。熱水鍋爐的出水溫度控制即鍋爐的燃燒系統(tǒng)的控制,出水溫度的設(shè)定值與室外溫度以及消耗熱量負(fù)荷的變化相關(guān),每天不同時段,根據(jù)室外溫度計算出鍋爐出水溫度的設(shè)定值,以出水溫度為信號,改變?nèi)剂系倪M(jìn)氣量,到達(dá)出水溫度與設(shè)定值一致。本課題中,通過改變?nèi)細(xì)忾y的開度,改變進(jìn)氣量,從而到達(dá)改變出水溫度的目的,控制系統(tǒng)框圖如下圖:。翮一燃?xì)忾y 鍋爐出水溫度給定 控制器、一出水溫度反響由于本系統(tǒng)是通過改變?nèi)細(xì)忾y的開度從而到達(dá)控制出水溫度的目的,所以

20、就要找到燃?xì)忾y開度和出水溫度之間的對應(yīng)關(guān)系。燃燒系統(tǒng)是鍋爐控制系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一個系統(tǒng),燃料的傳送與燃燒等過程均屬于這個系統(tǒng),由于鍋爐的燃燒系統(tǒng)是一個多變量耦合、化學(xué)反響復(fù)雜的控制系統(tǒng),所以直接建立精確的數(shù)學(xué)模型有很大的難度,所以通過實驗的方法建立數(shù)學(xué)模型是較理想的方法【?！?。由資料可知,為了研究方便,鍋爐系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型可近似為一階慣性純滯后環(huán)節(jié),如下式所示:九:一一乃.實驗法確定模型的具體參數(shù),可由開始給燃?xì)忾y一個開度,相當(dāng)于給了一個階躍輸入,選定采樣周期對出水溫度進(jìn)行采樣,當(dāng)水溫趨向于平穩(wěn)后,可認(rèn)為系統(tǒng)輸出穩(wěn)定,然后利用輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)辨識,就可得到具體的傳遞函數(shù)。由于鍋爐的工況較為復(fù)第

21、章燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究雜,所以很難建立精確的數(shù)學(xué)模型,模型可能不斷變化,模型的參數(shù)也會不斷變化,經(jīng)過分析,本文取傳遞函數(shù)為式.:“ 。而鬲.常規(guī)控制調(diào)節(jié)器按偏差的比例、積分、微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器,是工業(yè)控制中應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器。它的結(jié)構(gòu)簡單,參數(shù)易于調(diào)整。在工程使用中,控制算法一直以使用方便、控制效果良好而備受親睞。在模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,控制算法的表達(dá)式為:煳咿扣懈華.式中,為調(diào)節(jié)器的輸出信號;為偏差信號,它等于給定量與輸出量之差;為比例系數(shù);為積分時間常數(shù);為微分時間常數(shù)對式兩邊進(jìn)行拉普拉斯變換,有:一【,魯。式中,和分別為和的拉普拉斯變換,、分別為控制器的比例、積分、微分系數(shù),與

22、參數(shù)之間的關(guān)系如下:礦.,半,如%硨,由于在計算機(jī)系統(tǒng)中需要設(shè)計數(shù)字控制器,所以就要將式.離散化,用離散的差分方程來代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程。將連續(xù)的時間離散化,即以采樣時刻點代表連續(xù)時間,以累加求和近似代替積分,以一階后向差分近似代替微分,得:協(xié)丁妻酊恥丁丟町,.一尼一一丁衍 .其中:一一:一“尼:七尼吾圭卅孕七叫,竽掣州驢泣,西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文這就是位置式算法。根據(jù)遞推原理可得:一,一一尼一.從而可得增量式控制算法:甜尼一材七一.歸并處理后可得:.一一其中:%巧吾等,巧芋,錫巧等因為在計算機(jī)控制中,、都可以事先求出,所以,實際控制時只需獲得、.和.個有限的偏差值即可求出控制增量【?？刂?/p>

23、器的參數(shù)整定方法主要有理論計算法和工程整定法,本論文中根據(jù)工程整定.法得到控制效果較良好的參數(shù)為.,. ,?.,在 下以單位階躍信號為給定做仿真如圖.,結(jié)果如圖.:圖仿真模塊第章燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究圖?系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)結(jié)果由上圖分析可得系統(tǒng)沒有超調(diào)量,調(diào)節(jié)時間也較快。控制器中,比例作用增大,可使調(diào)節(jié)時間變短,穩(wěn)態(tài)誤差降低,但是比例作用過大,系統(tǒng)穩(wěn)定性能會下降,甚至?xí)斐上到y(tǒng)振蕩,另外比例控制不能消除靜差;引入積分作用可消除靜差,積分作用的強(qiáng)弱與積分時間有關(guān),越小,積分作用越強(qiáng),越大,積分作用越弱,但是參加積分環(huán)節(jié)會使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,動態(tài)響應(yīng)變慢;微分時間常數(shù)選擇適宜的情況下能有效降低超

24、調(diào),減小調(diào)節(jié)時間,但過強(qiáng)的微分調(diào)節(jié)對系統(tǒng)抗干擾不利。所以的參數(shù)對控制器的性能有直接的影響,應(yīng)該仔細(xì)整定。下面采用不同的參數(shù)比照控制器的控制效果。取.,嚴(yán).,.時,控制效果如圖.所示:西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖.系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)結(jié)果?分析圖可得過大時系統(tǒng)有超調(diào)量且穩(wěn)定性下降,調(diào)節(jié)時間變長。取.,.,.時,控制效果如下圖:圖系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)結(jié)果?分析圖可得過大時系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,調(diào)節(jié)時間變長。第章燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究.模糊控制.模糊控制介紹模糊控制是以模糊集合論作為它的數(shù)學(xué)根底的,模糊控制就是以計算機(jī)模擬人的思維方式的一種控制方法。模糊控制主要研究現(xiàn)實生活中廣泛存在的、定性的、模糊的、非精確

25、信息的信息系統(tǒng)控制問題。模糊控制理論不斷開展,模糊控制已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。模糊控制具有以下特點:模糊控制規(guī)那么一般是依據(jù)人工經(jīng)驗或者專家知識,故適用于沒有或難以建立精確數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)。模糊控制是一種反響人類思維的智能控制,模糊量的使用和模糊推理都符合人類大腦的正常思維。 .模糊控制規(guī)那么是人類語言描述或者是由專家經(jīng)驗確定的,容易被人理解。模糊控制系統(tǒng)的適應(yīng)性廣,魯棒性好。模糊控制器的結(jié)構(gòu)如圖.所示:?。?。?一一?。?。?。一.一一一?一?一?一。一一一?一 .?一.一?一?一?一.一.一.一?.數(shù)據(jù)庫規(guī)那么庫知識庫輸入,推理決策精確化接口模糊化接口圖?模糊控制器結(jié)構(gòu)圖? 模糊控制器主要由以

26、下四局部組成:模糊化接口模糊化接口的功能就是把一個精確的輸入值映射成模糊論域中語言值,并確定語言變量語言值的隸屬度。其過程主要完成:測量輸入變量的值,將這些值經(jīng)過尺度變換到各自的論域范圍,然后把這些量用相應(yīng)的模糊集合來表示,完成精確量到模糊量的模糊化。知識庫知識庫是由數(shù)據(jù)庫和規(guī)那么庫組成的。數(shù)據(jù)庫包含語言控制規(guī)那么的論域離散化、模糊輸入輸出空間的劃分以及隸屬函數(shù)的定義。規(guī)那么庫是與過程操作有關(guān)的經(jīng)驗型知識,是由用西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文模糊條件描述的模糊控制規(guī)那么構(gòu)成。推理決策邏輯模糊控制器的核心是推理決策邏輯,它利用知識庫的信息模擬人類的推理決策過程,給出適宜的控制量,它的實質(zhì)是模糊邏輯推理

27、。精確化接口通過模糊推理得到的結(jié)果是一個模糊集合,不能直接在實際中使用,還需作一次轉(zhuǎn)換,將模糊量轉(zhuǎn)換為精確量的數(shù)字量,然后由其確定實際的控制量。.模糊控制器的設(shè)計.控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計模糊控制器的結(jié)構(gòu)的設(shè)計是指確定模糊控制器的輸入輸出變量、模糊化方法、模糊推理規(guī)那么和清晰化計算方法等,控制器的結(jié)構(gòu)直接與控制器的性能相關(guān)。輸出系統(tǒng),如果有多個控制量和輸出量,就是多輸入一多輸出系統(tǒng)。在實際使用中,應(yīng)用個輸入,那么稱作一維模糊控制器,如果有多個那么稱作多維模糊控制器。由于一維模糊控制器只有一個輸出量,所以結(jié)構(gòu)簡單,使用容易,但此類控制器只考慮系統(tǒng)的誤差,只要誤差接近,不管誤差變化的趨勢,所以對控制器的性

28、能有影響。所以在實際的使用中,用的最多的是二維模糊控制器。所謂的二維模糊控制器是指控制器有兩個輸入變量,而控制器的輸出仍是一個,結(jié)構(gòu)仍是單輸入.單輸出,且一般取兩個輸入量分別為誤差和誤差的變化率,輸出為控制量。該種控制器的規(guī)那么一般如下:如果是和是,那么是;:否那么如果是和是,那么是;:否那么如果是和是,那么是。這里,?,、,?,、,?,均為輸入、輸出論域上的模糊子集。其總模糊關(guān)系為:,“巨.二維模糊控制器由于輸入量的增加,相對于一維模糊控制器,性能大大改善,是目前最為主要的單輸入.單輸出模糊控制系統(tǒng)模糊控制器的結(jié)構(gòu)。就本系統(tǒng)而言,以給定溫度與實際溫度的誤差和誤差變化率作為模糊控制器的輸入,以

29、燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥的開度為輸出,模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下列圖所示:第章燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究溫度給。:二硒。一一?疊芝一蝴洲器卜屯衛(wèi)?咂釅圖出水溫度模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.模糊空間的劃分、論域、量化因子及比例因子根據(jù)系統(tǒng)的特性,取誤差的物理論域為.,誤差變化率的物理論域為.,控制增量材的物理論域為.,;輸入輸出三個變量的模糊論域均取為【,根據(jù)量化因子及比例因子的定義,可得量化因子和比例因子分別為:而麗,而,屯吾.根據(jù)實踐經(jīng)驗,量化因子和比例因子對控制器的性能影響很大,應(yīng)當(dāng)非常仔細(xì)的選取,以上結(jié)果只是理論上的計算,在實際應(yīng)用中很有可能不適用,引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定,所以本文在仿真時采取試湊法,得到最適宜的量化

30、因子和比例因子。模糊控制規(guī)那么中每一個語言變量都有對應(yīng)的模糊空間,前提中的語言變量對應(yīng)的是模糊輸入空間,結(jié)論中的語言變量對應(yīng)的是模糊輸出空間。每個語言變量都有自己的語言值,每個語言值又有自己的論域,每個語言值又是一個模糊集合,通常把這些語言值定義在相同的論域上,而也就是說模糊劃分就是確定每個語言變量有多少個語言值,即有多少個模糊集,根本模糊集又決定一個模糊控制器的控制分辨率。顯然模糊集的數(shù)目越多,控制器的分辨率越高,但是計算相對就復(fù)雜,模糊集數(shù)目越少,計算簡單,但是控制精度不高。在溫度控制中,與語言變量溫度誤差、溫度誤差變化率和閥門開度相對應(yīng)的術(shù)語即語言值一般有負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中

31、、正大等,每一個語言值都是一個模糊集合,在相同的模糊論域下有各自的隸屬度。一般語言值的個數(shù)視情況不同選三個、五個或七個,顯然三個語言值的控制系統(tǒng)控制精度不高,七個語言值的控制系統(tǒng)運算較為復(fù)雜,所以本系統(tǒng)三個輸入輸出語言變量均選取五個語言值,即負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大,相對應(yīng)的符號為,。每個語言值對應(yīng)于論域的隸屬度函數(shù)選取為三角形函數(shù),具體如圖、.、.所示:西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文坦芑凸.圖誤差的隸屬度圖? 芒墼簍. . 圖?誤差變化率的隸屬度圖 第章燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究?.控制規(guī)那么確實定模糊控制規(guī)那么是操作員的控制經(jīng)驗加以總結(jié)而得出一條條模糊語句,每條規(guī)那么確實定都是為了使系統(tǒng)的動

32、態(tài)響應(yīng)的動態(tài)特性和靜態(tài)特性最優(yōu)。當(dāng)誤差為的情況,如果此時誤差變化為或,說明誤差有減小的趨勢,為,那么減小的趨勢快,可以不用施加控制增量,為時,那么可以讓有個的增量,使系統(tǒng)誤差縮小的更快,如果為、或,說明誤差不是沒有變化的趨勢,就是還有變大的趨勢,所以都應(yīng)該施加的控制增量,將閥門減到最小,以減小誤差。當(dāng)為時,為或時說明都有減少誤差的趨勢,此時可不用施加控制量,為零或時,為了減小誤差可相應(yīng)施加比擬小的控制增量,當(dāng)為時,說明此時誤差有很大的增大趨勢,所以應(yīng)施加的控制量以減少誤差。當(dāng)為時,說明此時沒有誤差,控制量的輸出完全取決于誤差變化,誤差變化率很大,那么控制量輸出也很大,誤差變化率很小,那么控制量

33、輸出也小,誤差變化率不變,那么控制量也不變。誤差為和時,分析類似于其為和的情況,此處省略。綜合可得控制規(guī)那么表如下:西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.心.仿真及分析如果是計算機(jī)實現(xiàn)模糊控制器,那么在完成上一節(jié)所論述的步驟外,通常需要將連續(xù)論域離散化,離線計算出一張有具體數(shù)值的模糊規(guī)那么表,再確定精確化方法,但是如果在下仿真,由以上數(shù)據(jù)和選定一種精確化方法本文選重心法就足夠。在:. 下搭建系統(tǒng)如圖.圖. 模糊控制仿真框圖?通過整定量化因子與比例因子,在.,。,.的情況下,控制效果比擬好,.單位階躍響應(yīng)如圖.第章燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究圖一 系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)結(jié)果?從圖中分析可得,系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間約為左右

34、,但是存在穩(wěn)態(tài)誤差。因為模糊控制器理論上可被認(rèn)為是非線性控制器或控制器,沒有積分作用,所以會存在穩(wěn)態(tài)誤差。另外量化因子、。和比例因子對系統(tǒng)的性能影響很大,下面分別取不同的參數(shù),通過比照響應(yīng)曲線分析其影響。先只增大,分別取兩組參數(shù).,。,。.和.,。,.仿真結(jié)果對:女圖.:?分析上圖可知,越大,系統(tǒng)響應(yīng)時間越快,穩(wěn)態(tài)誤差越小,但系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間越長,西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文超調(diào)量越大,過大時甚至?xí)a(chǎn)生振蕩。接下來只增大。,分別取:.,。,。.和., ,.,仿真結(jié)果如下列圖.:圖.參數(shù)變化時系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)圖 分析上圖可知,。越大,超調(diào)量越大,調(diào)節(jié)時間時間變長,穩(wěn)態(tài)誤差也增大。只增大,分別取:.,。

35、,.和.,。,.,仿真結(jié)果如下圖.所示:?由上圖分析可知,當(dāng)。增大,系統(tǒng)響應(yīng)時間加快,但過大時系統(tǒng)超調(diào)變大,調(diào)節(jié)時間增大,影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。第章燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究.動態(tài)矩陣預(yù)測控制.預(yù)測控制預(yù)測控制是近年開展起來的一類新型計算機(jī)優(yōu)化控制算法。尤其是對不能確定精確的數(shù)學(xué)模型或者比擬復(fù)雜的工業(yè)過程都有很好的控制效果,所以它一出現(xiàn)就受到國內(nèi)外工程界的重視,并已在石油、化工、電力、冶金、機(jī)械等工業(yè)部門的控制系統(tǒng)中得到了成功應(yīng)用。現(xiàn)在比擬流行的預(yù)測控制算法有模型算法控制、動態(tài)矩陣控制、廣義預(yù)測控制和內(nèi)模控制等等。預(yù)測控制是一種采樣控制方法,一般以下面三個原理為根底:.預(yù)測模型預(yù)測模型應(yīng)具有根據(jù)對

36、象的歷史信息和未來輸入預(yù)測其未來輸出的功能,它只強(qiáng)調(diào)功能而不強(qiáng)調(diào)其結(jié)構(gòu)形式。預(yù)測模型可以是狀態(tài)方程、傳遞函數(shù),對于線性穩(wěn)定對象,也可以是其階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)。.滾動優(yōu)化預(yù)測控制是一種優(yōu)化控制算法,使得決定未來行為的某性能指標(biāo)到達(dá)最優(yōu)。未來行為根據(jù)預(yù)測模型由未來的控制策略決定。但與傳統(tǒng)優(yōu)化控制不同的是,預(yù)測控制中的優(yōu)化是一種有限時段的滾動優(yōu)化,在每一采樣時刻,優(yōu)化性能指標(biāo)只涉及到從該時刻起未來有限時間內(nèi),到了下一采樣時刻后,這一優(yōu)化時段同時向前推移。.反響校正預(yù)測控制是閉環(huán)控制算法,當(dāng)通過優(yōu)化確定一系列未來控制作用后,系統(tǒng)只實現(xiàn)本時刻的控制作用,并不把全部控制作用逐一實施,以防止模型失配或環(huán)境干

37、擾引起的相對理想狀態(tài)的控制偏差。為了消除失配、干擾的影響,到下一采樣時刻,首先檢測對象實際輸出,并利用它對基于模型的預(yù)測進(jìn)行修正,然后再進(jìn)行新的優(yōu)化。.動態(tài)矩陣預(yù)測控制動態(tài)矩陣預(yù)測控制是預(yù)測控制的一種,適用于漸進(jìn)穩(wěn)定對象。世紀(jì)年代這種算法開始出現(xiàn)并應(yīng)用。動態(tài)矩陣預(yù)測控制也是基于上一節(jié)論述的預(yù)測控制的三個根本原理,現(xiàn)分別做介紹。.預(yù)測模型設(shè)某一被控對象在單位階躍作用下有如下圖響應(yīng),那么以采樣周期對其進(jìn)行采樣,得到采樣值為,?,哆 ,丁.其中,為采樣周期,為正整數(shù)。西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖.階躍響應(yīng)由于對象漸進(jìn)穩(wěn)定,階躍響應(yīng)時刻后將趨于平穩(wěn),以至于時與近似為該階躍響應(yīng)的穩(wěn)定。這樣,動態(tài)信息就可以

38、用有限集合,?,描述,這個集合的參數(shù)構(gòu)成了的模型參數(shù),向量,?,稱為模型向量,稱為模型時域長度。由于線性系統(tǒng)具有比例性和疊加性,所以利用此模型參數(shù)足以預(yù)測對象在未來的輸出值。在時刻,假設(shè)控制作用保持不變,對未來個時刻對象有初始預(yù)測值,.?,七,.當(dāng)時刻有一控制增量“時,在其作用下未來個時刻的輸出為:尼 尼 七,?,.那么未來類似的,假設(shè)有個連續(xù)控制增量,?,一作用于對象,個時刻的輸出預(yù)測值為: .尼。尼,.,.寫成向量形式有:少刪尼尸尼.其中 矩陣稱為動態(tài)矩陣。.滾動優(yōu)化是一種以優(yōu)化確定控制策略的算法,它的性能指標(biāo)取為:以。七抄, 研尼/一.其中,和為權(quán)系數(shù),分別對跟蹤誤差和控制量變化進(jìn)行抑制

39、?？刂茊栴}可描述為:以?一】為優(yōu)化后的控制向量,在如上所示的動態(tài)模型下使性能指標(biāo)最小。性能指標(biāo)的向量形式為:第章燃?xì)鉄崴┡仩t控制策略研究以后七一肼尼】 七一跗尼“乞尺.由極值必要條件塾艘:矗%.求得%尼彳一么眥七一。尼】.上式計算出了%?一的最優(yōu)值,但中只取即時控制增量作用于對象。到下一時刻,系統(tǒng)再提出類似優(yōu)化問題,求出作用于對象,實現(xiàn)滾動優(yōu)化。進(jìn)一步可得:尼%尼尼一少。尼。式中,鯽彳?以叫【 ?】.控制向量可離線獲得,求解的在線運算只包括向量之差和點積,計算方便。.反響校正當(dāng)時刻將實際加于對象時,相當(dāng)于在對象輸入端參加了一個幅值為的階躍響應(yīng),利用式可算出起作用下的未來時刻輸出預(yù)測值,即:

40、七 .。霓口.。尼是未參加,.,一時的輸出預(yù)測值,所以經(jīng)移位后可作為時刻的初始預(yù)測值,以進(jìn)行新的優(yōu)化計算。但由于模型失配、環(huán)境干擾等因素,預(yù)測值可能會偏離實際值,在時刻,首先檢測對象的實際輸出,獲取誤差:尼尼少尼一.用加權(quán)的方法修正,得到新的預(yù)測輸出:。七尼加七.由于時間基點的變動,將。七的元素移位,便成為時刻的初始預(yù)測值即尼尼一七 .寫成向量形式:西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文.尼。尼.其中為移位矩陣。綜上所述,可得算法結(jié)構(gòu)圖為:只圖 動態(tài)矩陣預(yù)測控制框圖.動態(tài)矩陣預(yù)測控制仿真由于控制器除了動態(tài)矩陣的值由模型本身確定外,其他參數(shù)如控制時域、優(yōu)化時域、誤差權(quán)矩陣和控制權(quán)矩陣等參數(shù)均未確定,所以參數(shù)的

41、取值將對系統(tǒng)性能產(chǎn)生很大的影響。下面討論各參數(shù)的選取以及仿真情況。采樣周期和模型長度采樣周期應(yīng)滿足香農(nóng)采樣定理,并和對象的特性有關(guān)。對于一階慣性純滯后環(huán)節(jié),可取采樣周期小于等于時間常數(shù)的十分之一;而模型長度一般選取為之間?？刂茣r域與優(yōu)化時域優(yōu)化時域必須包括對象的主要動態(tài)變化過程,因此優(yōu)化時域必須超過對象階躍響應(yīng)的時滯局部,并覆蓋動態(tài)響應(yīng)的主要局部,過小,系統(tǒng)響應(yīng)快,但穩(wěn)定性降低,過大,系統(tǒng)誤差小,但反響變慢;控制時域確定了未來控制增量變化的次數(shù),一般情況下尸,越小,控制器精度就越低,控制效果變差,過大,會提高精度,但是也會增加運算次數(shù),使系統(tǒng)響應(yīng)變慢。誤差權(quán)矩陣、控制權(quán)矩陣、校正參數(shù)可先取誤差

42、權(quán)系數(shù),為或,然后根據(jù)誤差情況整定,如果誤差過大,那么增大,。在整定時,可先取,如果控制誤差過大,可適當(dāng)增大。實驗說明,一個很小的可使控制量變化趨于平穩(wěn)。誤差校正向量是算法中唯一直接可調(diào)參數(shù),可獨立于其他參數(shù)設(shè)計,其選擇應(yīng)兼顧到抗干擾和魯棒性。下面選定一組參數(shù),使用的工具箱函數(shù)進(jìn)行仿真,其中,?取,結(jié)果如圖:.?取,結(jié)果:西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖.參數(shù)變化時對象單位階躍響應(yīng)圖 比照三組不同參數(shù),當(dāng)只增大或者只減小時,系統(tǒng)穩(wěn)定性明顯變差,仿真結(jié)果與之前分析相吻合【.。綜合分析本章介紹的三種控制方法,對于精確的控制對象,常規(guī)控制不僅算法簡單,而且控制效果也相當(dāng)理想,是性價比很高的一種控制方法;模

43、糊控制算法由于沒有引入積分作用,所以理論上總是存在穩(wěn)態(tài)誤差的,此外控制規(guī)那么確實定、量化因子、比例因子的選取等因素都對控制器的性能有較大影響。動態(tài)矩陣預(yù)測控制,雖然從控制結(jié)果來看響應(yīng)曲線過渡沒有常規(guī)控制平滑,但是響應(yīng)速度很快,控制效果也較理想。對于精確對象控制,使用常規(guī)控制已經(jīng)足夠,但是模糊控制和預(yù)測控制有自身優(yōu)點,鍋爐系統(tǒng)身就是一個復(fù)雜的被控對象,存在非線性、大滯后、數(shù)學(xué)模型不確定等等因素,所以在實際使用中,模糊控制和動態(tài)矩陣預(yù)測控制正是在這種情況下才能發(fā)揮自身優(yōu)勢,取得比常規(guī)更好的控制效果。第章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件平臺設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件平臺設(shè)計.系統(tǒng)總體設(shè)計根據(jù)本課題的要求,需要設(shè)計一個鍋爐出水

44、溫度控制器,控制器結(jié)構(gòu)圖如下:圖.鍋爐出水溫度控制器結(jié)構(gòu)圖 ? 本課題主要控制目標(biāo)為維持鍋爐出水溫度穩(wěn)定,所以需要通過溫度檢測電路,將溫度的模擬信號經(jīng)過/轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,送到芯片處理后將控制量經(jīng)過/轉(zhuǎn)換作用于燃?xì)忾y,從而改變閥開度,改變進(jìn)氣量,來穩(wěn)定鍋爐的出水溫度,此外還需要控制電路實現(xiàn)觸摸屏功能。本系統(tǒng)控制核心采用深圳優(yōu)龍公司的開發(fā)板,由于開發(fā)板上集成有串口、電源、時鐘、存儲等模塊,所以大大降低了開發(fā)難度,縮短了開發(fā)時間。是公司推出的/位處理器,主要面向手持設(shè)備和一般高性價比、低功耗的應(yīng)用。開發(fā)中主要相關(guān)的片上功能如下:.的口供電,自帶控制器,通道的和通道的,個主設(shè)備端,個從設(shè)備接口.版

45、;個通用/口和通道外部中斷源;通道位和觸摸屏接口等。開發(fā)板提供了豐富的硬件資源,與本文相關(guān)的有:處理器:采用三星 ,主頻可達(dá);存儲器的內(nèi)存;的:的 ;串口兩個標(biāo)準(zhǔn)線串口;西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)口,帶指示燈;接口兩個.接口其中一個與復(fù)用,通過跳線塊選擇;一個. 接口它與接口復(fù)用,通過短路塊選擇;帶觸摸屏功能的色/.英寸液晶屏;電源接口開關(guān)電源供電,輸入直流電壓范圍是推薦使用,帶電源開關(guān)和指示;其他一個用來驗證總線讀寫;十六個小按鍵;四個;一個蜂鳴器帶使能控制的短路塊;一個精密可調(diào)電阻接到引腳上用來驗證模數(shù)轉(zhuǎn)換。.枷轉(zhuǎn)換電路處理器內(nèi)部集成了多種控制接口,自帶路位的/轉(zhuǎn)換器,用于支持對于

46、觸摸屏輸入的控制,而且足以滿足外部模擬量采集的需要,本系統(tǒng)就采用其自帶的/轉(zhuǎn)換器。在實際運行中,溫度變送器將溫度轉(zhuǎn)換為的標(biāo)準(zhǔn)電流信號,通過檢測電阻采樣電壓信號,將電壓信號送入/控制器,把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量進(jìn)行處理,但在調(diào)試或?qū)崿F(xiàn)的特殊場合,我們可以使用開發(fā)板的另一功能,開發(fā)板上引腳是模擬量輸入引腳,將一個電位器并聯(lián)一個電容后接到引腳,通過不斷改變電位器阻值的大小,可以改變接口輸入的電壓值,由此可以模擬不同的模擬量輸入,為系統(tǒng)的調(diào)試和實驗提供了方便。/電路圖如下列圖所示:第章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件平臺設(shè)計圖/轉(zhuǎn)換電路圖/./轉(zhuǎn)換電路內(nèi)部沒有集成/轉(zhuǎn)換器,因此就需要外擴(kuò)/轉(zhuǎn)換電路,完成/轉(zhuǎn)換功能。本系統(tǒng)采

47、用公司推出的低功耗/芯片。是位串行/轉(zhuǎn)換芯片,支持單供電和雙供電方式,并且該芯片對于包括偏移、增益和線性誤差在內(nèi)的各項誤差均已調(diào)整,所以應(yīng)用非常簡單,不需要再度校正?？赏ㄟ^寫入兩個位長的數(shù)據(jù)進(jìn)行編程,其寫入的先后順序為個填充位,個數(shù)據(jù)位和最低兩位的。最高位的填充位只有當(dāng)采用菊花鏈方式鏈接時必須寫入,而低的兩位那么一定要寫入。當(dāng)且僅當(dāng)片選有效時,數(shù)據(jù)在的上升/轉(zhuǎn)換存放器中,修改原存放器內(nèi)容。與處理器之間可以使用、和中的任何一種串行通信方式,本文采用嚴(yán)格按照芯片時序編程,與處理器進(jìn)行通信。電路圖如圖.所示,該電路中,采用的是單極性工作模式,輸出電壓范圍為參考電壓由片內(nèi)電路形成,為.,所以該電路的輸

48、出電壓為.。主要有四個引腳與連接,分別是:數(shù)據(jù)輸入端:該管腳用于接收串行數(shù)據(jù),與的腳連接,根據(jù)芯片的要求,填充位與需要/轉(zhuǎn)換的數(shù)值通過該引腳逐位打入的存放器。串行時鐘:該管腳用于接收串行通信的時鐘信號,與的連接,按照芯片的要求,芯片會在的上升沿讀取數(shù)據(jù)。片選信號:該管腳為芯片的片選信號,低電平有效,只有當(dāng)?shù)碗娖綍r才能接收數(shù)據(jù),而在跳變到高電平時芯片進(jìn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,該管腳直接與的連接。西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文去除端:該管腳為低電平時異步去除存放器的所有位,直接與的連接。/電路如下列圖所示:一一一一圖. 緩轉(zhuǎn)換電路/.電路屏選用的是。寸,像素,液晶屏,帶觸摸屏,控制器使用的內(nèi)部集成的控制器。內(nèi)置

49、的控制器的信號由一個芯的接口全部引出,支持黑白、級、灰度、級灰度、色、色、真彩液晶屏,本系統(tǒng)選用三星公司的色/.英寸帶觸摸屏的液晶屏?？刂破餍盘柕囊鋈缦聢D【?！?第章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件平臺設(shè)計肺 圖控制信號引出電路圖系統(tǒng)的硬件實物圖如圖.所示:.嵌入式開發(fā)環(huán)境的建立.系統(tǒng)開發(fā)流程嵌入式系統(tǒng)軟件最終會集中生成到一個叫映像文件的文件,從的結(jié)構(gòu)就可以看出嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)所要做的工作,一般從底層到上層的布局如圖.所示:圖的一般結(jié)構(gòu)? 其中最底層的是系統(tǒng)的引導(dǎo)加載程序,相當(dāng)于被人們熟悉的中的,通過的引導(dǎo),加載真正嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核 ,內(nèi)核之上就是設(shè)備的驅(qū)動程序 ,然后是根文件系統(tǒng) ,最上層是應(yīng)用程序。當(dāng)程序員開發(fā)一個基于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用時,首先要用相關(guān)工具在宿主機(jī)上開發(fā)如機(jī)上的系統(tǒng),然后通過交叉編譯,生成能運行在目標(biāo)板如開發(fā)板上的代碼,最終發(fā)布應(yīng)用。通常基于系統(tǒng)的開發(fā)步驟如下:硬件系統(tǒng)的開發(fā):如選擇微處理器及所需外設(shè);建立交叉編譯工具鏈:為了能夠在的體系下產(chǎn)生體系下可執(zhí)行的代碼必須建立交叉編譯工具;開發(fā):完成系統(tǒng)引導(dǎo)及主要硬件的初始化工作;移植內(nèi)核:如本文使用的經(jīng)過裁剪的嵌入式.內(nèi)核;根文件系統(tǒng)