基于ARM的溫度非線性控制新技術的研究與應用.pdf

1、在醫(yī)療儀器、家用電器、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領域中,控制問題無處不在,對溫度、壓力、流量等物理參數(shù)的控制對產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)過程有著極其重要的影響。其中,溫度控制是控制領域中一項重要的指標。溫控系統(tǒng)采用的溫度控制器中,比較常見的是PLC、單片機、ARM,而ARM微控制器速度更快、體積更小、功能更齊的特征為控制應用提供了更有利的條件。在控制算法方面,最常用的是經(jīng)典 PID控制算法以及各種與PID相結合的算法,如模糊PID、神經(jīng)網(wǎng)絡PID等。但是,PID

2、控制器的參數(shù)調(diào)節(jié)以及響應時間長、超調(diào)量大等問題,使其滿足不了系統(tǒng)適應能力強和智能化的要求。事實上即使是同一個加熱過程,不同加熱階段,由于吸熱放熱的情況不同,系統(tǒng)的PID參數(shù)應該有所不同,但這在控制過程中很難自動實現(xiàn),從而給很多實際應用帶來諸多問題與不便:參數(shù)自適應差,控制精度不高。因此,同一組PID控制參數(shù)幾乎是不可能適應多種不同的加熱對象或不同加熱階段情況的。
　　本文主要目的是希望利用ARM的優(yōu)越性能與特點改造傳統(tǒng)基于單片機或

3、 PLC的溫度控制系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)復雜的計算與分析,希望以最大可能性實現(xiàn)同一組控制參數(shù)能適應不同加熱對象或不同加熱階段的情況為本研究設計的目標。ARM的特點是其高速度可以實現(xiàn)復雜的編程計算,同時可以實現(xiàn)快速的通訊,而且在體積、功耗、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面目前已經(jīng)達到了非常高的水平。因此ARM可以提供一個優(yōu)越的信號采集、計算、通訊平臺。本文主要是把ARM嵌入式實時系統(tǒng)與溫度控制新的算法相結合,實現(xiàn)系統(tǒng)的多任務執(zhí)行,在Keil-μVision4平臺

4、上進行應用軟件和算法設計,通過STM32平臺實現(xiàn)對溫度的控制。把具有非線性、時變性、滯后性等特性的電加熱爐作為實驗對象,檢驗了基于ARM的溫度控制系統(tǒng)的性能。
　　本文首先在第一、二章中概述了目前溫度控制系統(tǒng)中所采用的控制器及控制算法的發(fā)展與應用現(xiàn)狀,介紹了嵌入式微控制器的發(fā)展及控制新方法的突出特點;在第三章列出了系統(tǒng)設計的備選方案并進行比較、選擇;第四章詳細描述了系統(tǒng)硬件平臺的設計與實現(xiàn)電路,采用了可擴展多 I/O、閃存容量和R

5、AM較大的STM32F103ZET6微處理器,根據(jù)STM32系列微處理器的內(nèi)部高度集成的優(yōu)點,設計了包括串行通訊、數(shù)據(jù)采集與處理、控制裝置等功能模塊的硬件平臺;在第五章的系統(tǒng)軟件設計中,詳細介紹了嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ的移植以及應用軟件和算法設計,適當改造了經(jīng)典PID控制算法,引進了平衡功率與溫度非線性預測的概念和計算,在電加熱爐上的進行實踐,實驗用同一組控制參數(shù)驗證了不同加熱過程系統(tǒng)的控制問題,實現(xiàn)了良好的控制效果;最后,全