太陽能硅片酸洗池溫度控制系統(tǒng)設計【獨家畢業(yè)課程設計帶任務書+開題報告+外文翻譯】,太陽能,硅片,酸洗,溫度,控制系統(tǒng),設計,獨家,畢業(yè),課程設計,任務書,開題,報告,講演,呈文,外文,翻譯 對非線性系統(tǒng)應用小波網絡 制器的比較研究 M. A. . P. . a 要 ： 在本文中，主要 對非線性系統(tǒng)應用 小波網絡 制器進行比較研究。小波網絡 制器結合神經網絡學習的優(yōu)勢與小波網絡表示一個 高 效的識別非線性動態(tài)系統(tǒng)，當我們想要應用這些程序控制植物 未知 的和高度非線性的數(shù)學模型 特征時， 存在著不同類型的 即 小波網絡 糊小波網絡 過 對 植物的 識別， 這些經典離散 小波 激活 功能 ，可以 在線調整比例 、 積分和微分增益。為此，該 小波網絡 波 子控制系統(tǒng)性能與傳統(tǒng)的 真結果表明，用模糊小波網絡 具有良好的性能，例如倒立擺。 關鍵詞： 小波網絡 模糊小波網絡的 立擺；神經網絡。 一、簡介 如今，小波的使用一直在增長，因為它們結合了神經網絡的學習特點， 并以小波表現(xiàn)。以這種方式， 于這一特點 查與工業(yè)領域 。 這些應用程序的一個例子呈現(xiàn)在 [1]，在他們目前的 車懸架系統(tǒng)的建模技術， 在 這項 工作中，他們用多項式加窗高斯（蝌蚪）作為激活函數(shù)和小波在其學習過程中，它是優(yōu)化的參數(shù)反向傳播算法。另一個 用的重要例子在 [2]，在這項工作中，他們使用一個 空氣燃料的估計在火花噴射發(fā)動機的比例控制，在這里他們得出的結論 ; 1）利用小波遞增魯棒性和 2）消耗訓練的時間比一個多層感知短。其他領域，在行業(yè)內不斷增長研究群體之間的模糊邏輯，因為以模糊邏輯為基礎的控制系統(tǒng)提供了一種有效的方法控制復雜和非線性系統(tǒng)。例如，在 [3]，作者提出了一種基于 模糊邏輯控制器過程控制，在此項工作中 ，在 外，他們得出結論是模糊邏輯的組合采用了經典的 糊 于傳統(tǒng)的 [ 4 ]，它提出了一種基于 實時自適應模糊邏輯控制器，在這種控制器下測試使用四分之一汽車半主動懸架模型的雙自由度控制的運轉狀態(tài)，并證明該體系結構的一個特點是接受新的規(guī)則和成員函數(shù)的能力，在運行時不會對植物造成任何不良反應。此外，他們表明，該控制器具有穩(wěn)定的車輛懸架系統(tǒng)的能力。在 [ 21 ]提出了一種小波微分神經網絡觀測器。使用其他實例模糊控制器的是 [22此外，它或它的一些變化涉及超過一半的控制器被用于工業(yè)中的控制器。由于巨大的技術進步，離散 數(shù)字計算機、微處理器、 。然而， 不同的變化規(guī)律，如：魯棒 糊 糊神經網絡 線性 制，小波 制和模糊小波網絡的 然所有 一般的操作模式是一樣的，這是基于起作用的比例、積分和微分形式的誤差信號 e（ t） [ 5 ]，定義為參考信號 t）之間的差異和植物的輸出信號 y（ t），以這種方式產生的?？?制信號 u（ t），該控制信號操縱用期望的方式來實現(xiàn)植物的輸出，它是描述由方程（ 1）。 )()()()(*)(0 t ??? ? （ 1） 在 制器的增益。存在最后調整這些增益 [ 5 ]的分析和試驗技術，當植物的數(shù)學模型在某些情況下，進行的控制是未知的，建立這些增益是非常復雜的。因為這個問題， 如，為解決這一問題，提出的替代方案是自動調整 益在線 [6在這些作品中 ，他們近似植物的未知的數(shù)學模型并建立自動 制器的增益，用于這一目的的控制器有變化，這種變化是由模糊邏輯引入自動建立 這項工作中，比較研究經典的 制， 制和模糊小波網絡 控制非線性系統(tǒng)的性能。仿真結果表明，模糊 如倒立擺。 二、 制器 在本節(jié)中，我們簡要地描述 [6出了如圖 1 所示。該控制器有三個主要階段來操縱非線性輸出植物中所期望的方式。第一階段是植物識別，在這個階段中，植物的輸出由 級聯(lián) [ 9 ]一個 波器的神經網絡估計，該濾波器采用持續(xù)信號 v（ k）， 波器的功能是過濾，有 “ 對鑒定過程的貢獻小的神經元。在這個階段，它要求你輸入的植物 U（ K）；估計誤差e（ k）的值，估計誤差定義為植物的實際輸出之間的差異 e（ K）和植物估計 y（ K）。第二階段是離散 送控制信號 U（ K），這個信號是用來處理植物的輸出的。此外，它是必要的跟蹤誤差 ε （ K），它被定 義為參考信號 K）和植物的輸出 y（ k）。最后一個階段是在線自整定 益 I， Γ （ K）的參數(shù)是由 （ 2） 在 出了 Z（ k）是 作為 糊 你所期望的方式操縱裝置下輸出一個未知的非線性系統(tǒng)辨識數(shù)學模型和在線的離散 定增益 D。然而，在這種模糊邏輯控制器引入學習率的自動刷新 制器μ P，μ i，和μ d [ 10 ]。模糊 操作 個模糊小波網絡控制器和 圖 1 框圖 一個模糊邏輯控制器的第一部分是模糊化，這個組件將清晰的輸入為一組在區(qū)間[0， 1]的隸屬度值。存在不同類型的隸屬函數(shù)例如：三角形、梯形、指數(shù)等。 [10]采用三角形和梯形隸屬函數(shù)。使用的控制器呈現(xiàn)在 [10]，模糊邏輯的兩個輸入的考慮在內 。第一個是跟蹤誤差ε（ K），第二是其派生的近似 ε 1（ k） =ε（ K） K - 1）。這些，我們得到一個模糊系統(tǒng)與兩輸入三輸出；輸出的每一個代表一種學習速率 μ P，μ i，和μ d，這種調查提出確定學習速率的范圍，在方程（ 3） [μ μ (3) 需要提及的是重要的學習速率的范圍通過試錯來確定，為了這個目的，一組數(shù)字必須進行模擬，觀察在閉環(huán)系統(tǒng)中的狀態(tài)。學習需要滿足的方程（ 4）。 (4) 為方便起見，μ P，μ 和 1之間，用下面的線性變換 （ 5 其中，，和是通過模糊調節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)。將這些參數(shù)用于計算增益 的 其中 e（ k）定義為識別錯誤， ε （ k）是由下式給出的跟蹤誤差 和 是識別的一部分。由 6行。另外，自動地學習速率自適應，尋找試錯最好的參數(shù)初始值是可以避免的。為一個典型的模糊系統(tǒng)以其規(guī)范化的輸出，顯示在圖 2中，我們可以確定學習速率的范圍很容易。 圖 2 模糊系統(tǒng)表示。 其中 ε （ k）和 ε 1（ k）是跟蹤誤差及其衍生物分別逼近。在圖 3（ ，是與隸屬函數(shù)跟蹤誤差 ε （ k）及其衍生物近似 ε1 （ k）的顯示。 （ a） （ b） 在圖 3 隸屬函數(shù)ε（ k）和ε 1（ k），其中， K）陰性， k）為零， k）陽性， （ k）陰性， 意味著ε 1（ k）零，和 （ k）陽性。 在這種情況下，使用的隸屬函數(shù)是三角形和梯形的形式，為簡單起見。在圖4中，這些為 4（ a）只表示為學習速率的比例增益 4（ b）只表示為學習速率 的 積分增益 后，圖 4（ c）只表示為學習速率的微分增益 （ a） （ b） （ c） 圖 4隸屬函數(shù) C），其中， 0意味著μ 'p，μ 'd 為 味著μ 'p，μ 'i 和μ 'd 小。 味著μ'p，μ 'p，μ '糊規(guī)則具有結構類型 換言之，該結構是： 其中 模糊集西斯規(guī)則與 i=1， 2， ...， M。將所得的模糊系統(tǒng)由 9規(guī)則形成被顯示于表一中。 表一 模糊規(guī)則 其中， N， [Z/ Z]， P， p， m， ，正，小，中，大。去模糊化使用的方法是重力（ 法的中心。 三、仿真設置 倒立擺車系統(tǒng)是在圓柱桿（鐘擺）周圍的固定點可自由擺動，它是說系統(tǒng)具有重要的機械限制，因為它只能在一個平面上移動。鐘擺被安裝在一個移動的（汽車）上，這一塊可以在水平面內移動 [ 12 ]。倒立擺車如圖 6所示，可以觀察到，這一系統(tǒng)是分動，因為它只有一個致動器和兩自由度；位置 x，和角位置θ。該系統(tǒng)的變量和參數(shù) 的說明在表 2中，并從采取 [ 13 ]。 圖 5 倒立擺系統(tǒng) 表二 系統(tǒng)的變量和參數(shù) 對于空間狀態(tài)表示，下面的狀態(tài)變量是必要的： θ； ； (11) 其中， 是擺角位置。這種非線性系統(tǒng)可以表示成方程組系統(tǒng)的形式（ 8）： (12) 其中， x□ R 4， U□ R，和： (13) (14) 在本文中，這種表示是用于我們的所有模擬并執(zhí)行的比較分析控制器。控制算法采用 真，為倒立擺車系統(tǒng)的數(shù)學模型。此外，用離散的 模擬了經典的 們控制了系統(tǒng)使用的第二節(jié)中所描述的三個控制器，在相同的初始條件和仿真參數(shù)，如表三。 表格三 模擬條件 首字母學習速率 制器 μP = μi=d= 些值被以隨機的形式設置。最初通過自動調諧被選定為 d 值離散 塊的功能。我們選擇了這個功能，因為我們的目的是評估每個控制器有完全相同的增益的性能，簡單起見，用于選擇控制器的增益。 四 、仿真結果 已經進行了不同的實驗，以評估三個控制器的性能。第一個實驗是對倒立擺小車的外部擾動進行控制，其主要目的是觀察在外部干擾下的控制器的響應。在第二個實驗中，引入一個噪聲信號，在這里我們可以觀察到外部擾動和噪聲下的控制器的響應。所有仿真，在 在這個實驗中， 度量級外部擾動在 15 秒后系統(tǒng)引入初始化 。在圖 7（ a）中，我們可以觀察控制器的跟蹤誤差。此外，在圖 7（ b）中，我們可以觀察到三個控制信號。本實驗的結果分析如表四所示，對于經典的 a）中， b）和模糊小波網絡的 C）所示。 表四 第一個試驗結果分析 （ a） （ b） （ c） 圖 7 第一次實驗結果 在這個實驗 度量級外部擾動了 15 秒后，引入系統(tǒng)初始化，同時引入噪聲信號到控制器，觀察它的響應。在圖 8（ a）中，我們可以觀察到控制器的跟蹤誤差。以同樣的方式作為最后的實驗中，三個控制信號被顯示在圖 8（ b）中。本實驗結果的分析見表 5（ a）、 5（ b）和 5（ c）分別為經典的 表五 所獲得的結果分析 （ a） （ b） （ c） 圖 8 第二個實驗結果 五、結論 這項工作的主要目的是比較 制器有效跟蹤非線性 統(tǒng)的參考信號，我們已經考慮了三種不同的控 制器，經典的 模糊及它們的性能控制倒立擺小車，都把注意力集中在三個主要的標準，植物響應，控制信號和跟蹤誤差。隨著收集的數(shù)據(jù)，我們可以得出這樣的結論：無論 模糊 經典 有效。然而，即使們必須注意學習速率自調整模糊 要選擇最優(yōu)學習速率的 有證據(jù)表明 感謝 作者感謝來自墨西哥國家科學技術委員會資金，資助號 169062 和 204419以及 參考 文獻 [1] Y. Y. “of 144006 [2] J. A. F. K. . “in on 011. [3] V. T. S. . ID 2, 495004. [4] A. . M. . “ 010, 44. [5] K. . 2006. [6] C. J., L. . “ V 2009. [7] L. . “A 20010). 2010. [8] S. M. . “of 008. [9] H. S., 2001. [10] “an ac 11012), 2012. [11] “ID on 23, 5, 1392 1993. [12] F., R., of a : 0, 000. [13] J. A 3rd 1892, 3. [14] I. S. . P. “ G. T. . 1963, 271–350. [15] I., 20(9), 14392009. [16] Y. C., F. J., J. C., J. K., & K. C., 30(4), 2350015. [17] S. L., in ID , 18(5), 1001998. [18] G., A on of , 14(5), 6762006. [19] H., H., A of a of 21(3), 4472013 [20] s. ID 3, , 2012. [21] 30, , 2350015. [22] in ID 18, , 1001998. [23] G., A on of 14, , 676006. [24] H. H., A of a of 21, , 4472013. 基于 濕度智能控制系統(tǒng) 的 設計 615134@要 ： 在工業(yè)生產中 ,溫度和濕度是常見的主要操作參數(shù) ,特別是在熱處理行業(yè) ,溫度控制也越來越重要。本文從硬件和軟件兩個方面介紹了單片機 (8051F 智能溫度和濕度控制系統(tǒng) ,并描述了硬件和軟件的原理圖。設計添加集成的二氧化碳濃度和光照強度檢測和必要的通訊功能。這是一種更人性化、更實用的智能溫濕度測控系統(tǒng)。 關鍵詞 ： 溫度和濕度控制 ； 二氧化碳濃度測量 ； 傳感器 ;、介紹 在眾多環(huán)境因素 ,溫度和濕度因素是最重要的和最難以控制的環(huán)境因素。在某些工業(yè)領域 ,有一些特殊要求的生產環(huán)境。此外近年來 ,能源和環(huán)境問題成為人們關注的熱門話題 ,所以節(jié)能環(huán)保的思想設計了一個新的視角。介紹了設計基于單片機的溫濕度測量系統(tǒng) ,并添加 和智能人機通信功能使該系統(tǒng)具有一定的通用性。通過改變參數(shù) ,它將適用于一般的工業(yè)生產環(huán)境監(jiān)測。設計更聰明 ,通過單片機和經理之間的溝通 ,更靈活的控制 ,更實用和更廣泛的應用領域。 二、整體設計方案 這個設計主要是針對智能監(jiān)控溫度和濕度、二氧 化碳濃度、光照強度等環(huán)境因素參與一般的工業(yè)生產環(huán)境。該系統(tǒng)可以直接實現(xiàn)自動控制 ,管理者也可以通過 信模塊調整控制方案。其中 ,主機采用單片機控制 ,控制器是要求完成以下工作 :數(shù)據(jù)收集和測試 ,可以通過人機接口 (鍵盤和顯示器 )來實現(xiàn)參數(shù)設置、顯示和人工干預和其他功能。當參數(shù) 978 - 1 - 61284 - 61284 - 9/11 /?2011 年 元溢出或事故情況 (以火災為例 )出現(xiàn)系統(tǒng)應該立即自動報警并及時與經理溝通以解決問題?；?整個系統(tǒng) ,包括數(shù)據(jù)采集和測試模塊、鍵盤輸入和顯示 模塊、 塊和報警。數(shù)據(jù)收集、檢測和治療可以完成各種環(huán)境模擬參數(shù)的收集和放大生產車間 ,和結果將反饋到單片機 ,數(shù)據(jù)達到了援助轉換、存儲和分析 ,并確定收集到的數(shù)據(jù)是否超出設定范圍 ,如果超出 ,然后控制方案和發(fā)送短信 ,及時和經理交流。系統(tǒng)的總體圖所示如圖 1 所示。 圖 1 系統(tǒng)硬件圖 三、傳感器和單片機的選擇 A 傳感器的選擇 溫度傳感器選擇集成溫度傳感器 美國廣告公司 [l]。它出色的線性度 ,精度適中 ,體積小、方便、長期穩(wěn)定性等 ,和高性價比可能 ,可以簡單 ,準確地實現(xiàn)測量結果。作為 配補償 ,抗干擾能力強 ,測量熱容小 ,因此距離測量溫度的應用十分方便。當測試溫度是一定值 ,設備相當于一個恒流源 ,測量精度高 ,具有消除電源波動的特點。電源的電壓可以改變從 4 v - 6 v,電流 外變化 ,相當于溫度變化路 得起44 反向 v 正電壓和 20 v 電壓 ,因此即使在設備被反向連接也不會損壞。 有很多類型的濕度傳感器。比較常見的是濕的敏感電阻和濕敏電容。電容式濕度傳感器具有大動態(tài)范圍 ,快速的動態(tài)響應 ,幾乎沒有零點漂移 ,適應性強 ,也更簡單的結構 ,與室內環(huán)境濕度測量的要求。所以 ,本設計選擇高精度電容 式濕度傳感器 01[2]。0 我的主要特點是極好的線性輸出 ;一個跨度范圍寬 (0 100% 不受溫度的影響 ,工作溫度范圍從 - 44° C + 100° C;相對濕度的變化范圍 (0 100% 電容量的變化從162 年 162 pf 差不超過± 2% 響應時間 (大約 5 s);極強的穩(wěn)定性和高可靠性。 二氧化碳濃度傳感器使用 j 由美國費加羅公司制造的。這種傳感器具有體積小、壽命長、選擇性好、穩(wěn)定性強 ,但也有耐高濕度和低溫的特點。傳感器可廣泛應用于自動通風系 統(tǒng)或長期監(jiān)測的二氧化碳氣體等等。 主要特點 :測量范圍 :0 5000 度范圍 :- 10° C + 70° C,濕度范圍 :5% - 95% 流工作電壓 :;內部熱敏電阻 :看 n± 5%;輸出電壓 :0 3 V,輸出和二氧化碳濃度的線性關系有好處。 光強傳感器采用硅光電池。硅光電池具有性能穩(wěn)定、壽命長、寬的光譜響應范圍 ,頻率特性好 ,耐高溫 ,是應用最廣泛、最有前途的光測量組件。之間有良好的線性關系硅光電池的輸出電壓 ]與光強度 ,滿足測量范圍要求 ,所以選擇 為計量裝置。主要特征 :范圍的頻譜帶寬 :400 1100 值波長 :940 海里 ;工作溫度 :- 25 + 85° C;功耗 :150 敏度 :兆瓦 ;通量 :第九 1000 25° C);響應時間 :20 B 擇選擇 列單片機 [5 j。這種供應鏈管理提供可編程增益放大器 (真正的 12位 100增殖 8路 64 4352(4096 + 256)字節(jié)的 片上的 ,可編程的 16 位計數(shù)器 /定時器數(shù)組有 5 個捕獲 /比較模塊 ,車載 試和邊界掃描 ,擁有足夠的片上資源。指定每個單片機 2.7 v - - 3.6 v 操作電壓。多個節(jié)電和停止模式 ,低功耗。 庭采用 有的 控制器核心。 全兼容令集 ;標準匯編程序、編譯器可以用來開發(fā)軟件。 傭了廉線結構 ,大大增加其指令通過在標準的 8051 體系結構。的 020 有 4 個端口的標準 8051和 4額 外的港口 ,總共 64通用端口 I / O。芯片上的計數(shù)器 /定時器 ,串行總線 ,比較器輸出 ,和其他數(shù)字信號控制器可以配置中指定的端口 I / O 引腳出現(xiàn)在了橫梁控制寄存器。 020 有一個芯片上的 12 位 入多路復用器和可編程增益放大器。最大吞吐量 100 過度增殖 , 供真正的 12 位精度± 1 控制器通過其特殊功能寄存器相關聯(lián)。一個輸入通道與內部溫度傳感器 ,而另一個 8 通道可用外部。每一 對的八個外部輸入通道可配置為兩個單端輸入和一個差分輸入。集成 可編程窗口檢測器 (見框圖如圖 2所示 ),據(jù)轉換模式 ,窗口探測器都是通過特殊功能寄存器可配置的軟件控制如圖 2 所示。 片機家族包括兩個增強 線 ,和士 / 圖 2 12 位 能框圖 四、通信模塊設計 通信模塊主要完成單片機之間的連接 ,塊和 ,溫度和濕度的控制和與經理溝通。它是方便經理立即調整 。與簡單的自動控制系統(tǒng)相比 ,通信模塊設計使系統(tǒng)更加人性化 ,聰明 ,和更高的可靠性。設計選擇和使用 線調制解調器由西門子之一。 0 英尺 (圖 3)由 電阻插座連接器推導。這些 40 針可以分為五類 :電力、數(shù)據(jù)輸入 /輸出 ,、音頻接口和控制。 1 14 英尺是電源部分 :我為電源電壓輸入 + 6 10 接地 ,11、 12 為充電別針 ,13 個外部輸出電壓 (用于外部電路 ),14 是 接負溫度系數(shù)熱敏電阻。 24 29 添加 劑 是用來檢測如果 插入。如果一個 插入 ,這個針是一個高水平 ,系統(tǒng)可以進入正常的工作狀態(tài)。 33 40 語音界面 ,可以聯(lián)系電話處理。 15 和 30、31和 32英尺控制部分 :15是 火 ),它必須有一個低的水平超過織機 就可以開始模塊 ;30 份 ; 31 就是力量 ;32 是同步的。 16?23 數(shù)據(jù)輸入 /輸出。 信規(guī)范和標準串行 ( ,2 電源接口 ,工作狀態(tài)指示針同步 ,開始銷 接口遵循 l 標準。 用串行數(shù)據(jù)接口異步收發(fā)器 ,在 平 ()工作。數(shù)據(jù)接口的配置是 8 位數(shù)據(jù)位 ,停止位 ,沒有校驗位 ,默認波特率 9600 個基點。 圖 3 圍線路圖 五、主要硬件電路設計和軟件流設計 A 硬件電路設計 整個電路的核心 4)別與傳感器信號采集模塊 (省略 ),鍵盤和顯示模塊 (省略 ), 串行接口電路、復位和水晶所示的電路 ,。 傳感器信號采集模塊的簡要描述 :身是當前輸出 (接近理想的 電流源 ),只有在一個采樣電阻輸出連接電流 (高精度金屬電阻 ),可以得到相應的電壓信號 ,然后通過單片機加工 ;1 01 是電容式濕度傳感器 ,因為電容不能直接測量 ,所以選擇 555 電路測試頻率 ,共振波動后計算電容值 ,單片機 ,然后根據(jù)電容值來計算相關濕度 ;型 當這個元素氣體環(huán)境 ,會產生電化學反應 ,光電池是一種半導體器件將光轉化為電能 ,屬于整流器光電元件。它有一個大面積的 ,當光線照射 ,他們形成 兩端的電動勢。之間的 電極 ,它可以連接輸出電壓和電流單片機模擬輸入端口。 單片機串口 平 ,而使用 水平。所以它應該連接水平改變裝置。但是 ,當在低波特率或在小數(shù)據(jù)通信情況它還不能連接。 圖 4 片機外圍電路圖表 B 單片機程序流程設計 圖 5 單片機主程序流程圖 C 總結 與傳統(tǒng)的 51 單片機相比 ,這種設計由于選擇 F 片機家庭內置 路結構簡單 ,響應速度也大大得到提升 ;程序設計更容易。的引入 信模塊應用程序的設計更廣泛 ,方便靈活的使用。隨著科學的發(fā)展 ,技術。與以前的控制系統(tǒng)相比 ,這一點設計獲得進一步發(fā)展 ,各個方面的性能已得到改進。 溫度傳感器選擇集成溫度傳感器 美國廣告公司 [l]。所以 ,這設計選擇了高精度電容式濕度傳感器 1 01[2]。二氧化碳濃度傳感器使用由美國費加羅公司產生]。有一個良好的硅輸出電壓之間的線性關系光電管 ]與光強度 ,滿足測量范圍要求 ,所以選擇 為計量設備。選擇 列單片機 [5]。這種供應鏈管理提供可編程增益放大器 (真的 12 位 100 增殖 8 路 模擬多路復用器 ,64 k 字節(jié)的在系統(tǒng)可編程 內存 ,4352(4096 + 256)字節(jié)的 片上的 ,可編程的 16位計數(shù)器 /定時器數(shù)組和五個捕獲 /比較模塊 ,車載 擁有足夠的片上資源。通信模塊設計 [6]- [7]。 參考文獻 [I] of of 007 [2] of 2008. 6 [3] of in 2007 [4] of 2003 4 . [5] l/2/3 [6] o, 007,43(8)927] of 2008,4 基于被動紅外制導系統(tǒng)的溫度測量研究 93590640l9@要 ： 正如我們都知道 ,溫度豬育種過程的一個重要因素確定豬的健康。近年來 ,隨著生豬飼養(yǎng)規(guī)模和自動化 ,人工豬 '度測量不切實際的 ,還有的快速發(fā)展非接觸式紅外測溫技術 ,持續(xù)改進設備性能 ,實用范圍擴大的市場份額不斷上升穩(wěn) 定。豬繁殖 ,非接觸溫度測量系統(tǒng)的優(yōu)勢安全的就業(yè)、低成本、無影響對豬的生長等。本設計采用 51系列單片機為主控制器 ,這是簡單 ,易于使用 ,并低成本和穩(wěn)定性好。該系統(tǒng)由 關鍵詞： 紅外線；溫度測量；單片機；非接觸式 一、介紹 溫度的本質特征生物的生活活動 ,也是一個重要觀察是否生物的跡象生理功能是否正常。目前在豬育種的過程中 ,技術人員 ,主要接觸的豬耳朵感知溫度 ,旨在判斷如果豬是健康的 ,有很多缺點包括不健康對人類接觸豬 ,,它是不容易的和準確測量豬的溫度手 ,在現(xiàn)代大規(guī)模 繁殖過程中 ,找不到豬的死亡和治愈的開始 ,增加豬死亡。 紅外測溫儀測量的大小豬育種的過程中溫度提供了一個快速、安全、非接觸式測量意味著 [l],可以廣泛和有效的用于大規(guī)模繁殖過程 ,以及在數(shù)字的形式顯示測量結果使測量過程直接和短 ,通常在幾秒鐘內。它的使用壽命很長 ,它是一個理想的溫度測量儀器。 二、設計思維和過程 A 溫度采集模塊 a）紅外溫度測量模塊參數(shù)溫度采集模塊使用 N 紅外溫莫集團包含紅外的優(yōu)點自動溫度測量 ,30米測量范圍 ,共計 等等 ,它解決了 問題 ,傳統(tǒng)的溫度測量需要聯(lián)系。紅外溫度測量模塊參數(shù)如表 1所示 表 1 紅外溫度測量模塊參數(shù) 測量范圍 ℃22033 ?? 操作溫度 ℃5010 ?? 精度 ℃ 分辨率 ℃反應時間 距離反應 1:1 發(fā)射率 1~波長 電壓 ~3 大小 ℃ b)別針的紅外溫度測量模塊 紅外測溫模塊有五個別針 ,圖是顯示他們嗎函數(shù)。其中包括 : V 代表銷 電電壓 ,間通常是 3 v 和 S v 電壓 ,通常被認為是 收到銷數(shù)據(jù) ,當沒有數(shù)據(jù)接收 ,D 是高水平 ;C 代表 2 鐘輸出引線 ;G 代表接地針 ;當一個信號針 始溫度、低水平是有效的。 c)在紅外序列圖溫度測量模塊 如上所示 ,紅外測量溫度序列圖 據(jù)格式 ,接收數(shù)據(jù)在時鐘的下降沿 ,和一個溫度測量需要接收字節(jié)的數(shù)據(jù) ,項 最高有效位八個數(shù)據(jù)用于接收溫度高 ,表 8 位用于接收數(shù)據(jù)溫度、代表和驗證代碼 ,當它正確接收 ,然后金額 =項 + R 被視為結束標記 ,它完成接收溫度數(shù)據(jù) ,當 一幀的數(shù)據(jù)包括 5個字節(jié) ,什么每個字節(jié)方式如下 :項目 :“ L” ():表示的數(shù)據(jù)目標溫度“ F” (66 h):代表幀數(shù)據(jù) ,環(huán)境溫度 位數(shù)據(jù) 位數(shù)據(jù)總結 :項目 + 總和克雷格 :束的代碼 在這個設計中 ,顯示模塊采用 塊來顯示溫度 ,雖然報警模塊使用一個蜂鳴器報警裝置 ,當測量溫度的值比有限 ,蜂鳴器警報 [3]。如顯示模塊和電路原理圖報警模塊圖三 3所示。 C 系統(tǒng)采用串行通信的方法。當我們設計通信的電路系統(tǒng)的 ,如果溝通距離相對較短 ,我們可以使用 口來擴展交往的距離 ,相反 ,該使用接口標準實現(xiàn)長途通信。接受這樣的事實系統(tǒng)的通信的距離 10米的范圍考慮 ,我們會選擇較便宜的 232 4]。 因為微控制器的輸出系列芯片 平 ,而電腦配置 232 c 接口 ,存在不一致的電氣規(guī)范的兩個 ,因此 ,在個人電腦的過程和單片機通信 ,必須有一個水平轉換 ,否則無法溝通 [5]。因此 ,在通信電路系統(tǒng)采用 統(tǒng)串行通信的原理圖電路設計如圖 4所示。 三、系統(tǒng)的主循環(huán)軟件編程 圖 5 系統(tǒng)軟件的主回路 編程 上面的圖是設計主程序流程圖。程序初始化后 ,下一個位機軟件進入主循環(huán)外部中斷的無線電頻率識別處于等待狀態(tài) ,然后收音機射頻識別識別電子耳標 ,豬代表事實接收溫度測量嗎在測量范圍內的模塊。一旦溫度測量過程開始 ,豬的體溫是否正常 ,我們應該保存溫度。在豬的將溫度顯示 ,判斷 ,如果它超過范圍 ,蜂鳴器將為 5 環(huán)秒和結束 ,然后返回到初始狀態(tài) ,如果不 ,它不會返回相同的初始狀態(tài)。在這個過程中 ,豬的溫度是傳播電腦系統(tǒng) ,并保存。 四、結論 本設計主要包括兩個部分 ,即硬件設計部分和軟件設計部分 ,前者包括單片機模塊 ,紅外測溫模塊 ,顯示模塊 和 平轉換模塊 ,而后者主要包括主程序模塊、紅外溫度測量模塊和顯示模塊。通過控制紅外溫度測量 ,單片機傳送液晶顯示屏的溫度數(shù)據(jù)處理和存儲接收到的溫度到上面的機器。 通過這次實踐 ,讓我更清楚掌握單片機的相關知識微機和理解其強大的功能。它的一些結構特點和相關的開發(fā)平臺這個系統(tǒng)的設計提供了方便條件 :32 可編程 I / O 端口擴展在紅外傳感器的設計溫家寶莫組和鍵盤顯示模塊非常靈活 ,它的豐富來源中斷 ,這使得系統(tǒng)強大會膨脹的數(shù)據(jù)顯示 ,報警等。 參考文獻 [1] 1]. 1999 (0 I) [2] i,J]. of [3] e. of 1993 [4] 5] s 圖 1 設計思路和過程 圖 2 紅外測溫模塊時序圖 圖 3 顯示模塊和報警模塊電路原理圖 圖 4 通信模塊接口電路原理圖 熱校準風洞氣體溫度控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) i, 要 ： 本文的設計與實現(xiàn)的熱校準風洞的熱氣體溫度控制系統(tǒng)。根據(jù)熱校準風洞氣體溫度的控制要求，燃油供給系統(tǒng)基于變頻調速控制技術和比例節(jié)流閥設計。為了提高控制系統(tǒng)的自動化水平，設計了計算機控制系統(tǒng)、包括 工業(yè)的個人電腦。在此基礎上分析了系統(tǒng)的動態(tài)特性，并建立系統(tǒng)的數(shù)學模型。解決系統(tǒng)的特點， 一、簡介 熱校準風洞 (一種重要的實驗系統(tǒng)，它是用于模擬熱測試環(huán)境的高溫和高速氣流 [1]。測試環(huán)境的高溫和高速氣流形成劇烈燃燒的高速氣流和航空煤油在燃燒室一定的流 量 。高溫、高速氣流條件下的溫度測試在航空航天技術領域是非常重要的，特別是在航空發(fā)動機的設計開發(fā)、檢驗和高溫度傳感器的動態(tài)校準。為了確保 供穩(wěn)定的測試環(huán)境的溫度，該氣體需要 考慮到在 一定 實驗階段內 氣流速度是一個常數(shù)，所以氣體的溫度主要由燃料的流速決定。本文采用一種包括變頻泵和比例節(jié)流閥來調節(jié)燃料熱校準風洞中的流量，達到控制氣體溫度的要求，實現(xiàn)氣體溫度的控制方法。 眾所周知，溫度是一個典型的過程控制參數(shù)，與一些典型的特征，例如大慣性、大滯后和時變性，因此精確地控制溫度，存在一些困難 ;此外， 速氣體和煤油之間的化學反應（燃燒）產生的，這使得系統(tǒng)存在不確定性和外部干擾，并且較高的控制精度的要求和溫度范圍，使控制難度進一步增加。因此，它 很難利用傳統(tǒng)的控制方法達到令人滿意的結果 雖然最近開發(fā)的智能控制為過程控制帶來了曙光，它的理論還不完善，是理論研究大于實際應用。因此，迫切需要一種控制方法是進行氣體溫度的精確控制。 溫度控制有著廣泛的應用。 et [2] 開發(fā)了一種級聯(lián)神經 度控制系統(tǒng)，用于控制過熱蒸汽。 et [3] 提出了基于物理模型通過均勻加料預測控制壓縮點火燃燒的溫度控制。 Xu et [4] 研究高溫多相流風洞溫度控制利用遺傳算法整定 解決長設置時間的 得了良好的效果。 et [5] 新增免疫遺傳算法對 et 6]提出多回路模型的發(fā)動機熱管理系統(tǒng)，并利用非線性控制方法實現(xiàn)溫度控制。 et [7] 研究了的氣體通過使用增量模糊 為實現(xiàn) 計控制系統(tǒng)的氣體溫度為 場 制系統(tǒng)和遠程 制系統(tǒng)。并在此基礎上，在系統(tǒng)中的特性，如時延，難以建立精確的數(shù)學模型， 級控制規(guī)律，提出了實現(xiàn) 二、控制系統(tǒng)的工作原理 該 用高速氣流作為助燃劑，航空煤油為燃料在實驗中，在燃燒的高溫噴射流形成周圍試樣均勻和穩(wěn)定溫度場以及模擬高溫測試環(huán)境試樣中遇到高速氣流。為了產生均勻、穩(wěn)定的溫度場， 試系統(tǒng)配備控制系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、空氣流速系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等。 1 所示。整個系統(tǒng)由燃料供應子系統(tǒng)、 控制子系統(tǒng)組成。燃料供應子系統(tǒng)包括電機泵、可變頻率驅動器 (電液比例流量調節(jié)閥 (電 磁閥、管道和齒輪流量計等。它提供航空煤油流量符合燃燒室的 要求。燃料供應子系統(tǒng)的操作程序如下：首先，啟動系統(tǒng)和供應燃料點火器，然后，供應燃料燃燒室點火成功后，關閉點火燃料電路?？刂谱酉到y(tǒng)包括工業(yè)控制計算機 (可編程邏輯控制器 (。遠程控制器 流量計、流量信號發(fā)送到 后這些信號將發(fā)送到 過 485 總線?？紤]到 操作能力是有限的，其具體的控制算法在 成，然后 向 送控制命令， 實現(xiàn)溫度閉環(huán)控制 圖 1 工作原理 I 系統(tǒng)設計 體溫度控制系統(tǒng)的設計包括燃料供給系統(tǒng)、現(xiàn)場控制系統(tǒng)和遠程 制方案的設計。 因為有很多類型 同的 料流量有不同的要求。積算溫度要求為每個風洞表明， 的溫度控制范圍是 200 ~ 2000℃ ，相應的燃料流量范圍 。對于燃料流量需求廣泛，本文在燃料供應系統(tǒng)的設計中使用復雜的流量控制解決方案。即采用變頻調速泵實現(xiàn)大流量的控制，并使用比例節(jié)流閥來實現(xiàn)小流量的控制。以下將介紹燃料供應系統(tǒng)的設計，從三個方面 ：功能，組成及工作原理。 功能：提供燃料到三個不同風洞的燃燒室噴嘴，并確保燃料以滿足測試要求的壓力和流量速度。 組成：設計的燃油供給系統(tǒng)的液壓原理圖圖 2 所示。圖中顯示，它是由兩個獨立的燃料供應系統(tǒng)，即主要燃料供應系統(tǒng)和輔助燃料供應系統(tǒng)，可以提供燃料給主燃燒器和三個輔助燃燒室風洞。每個燃料供給系統(tǒng)由燃料箱、過濾器、泵、電液比例節(jié)流閥，電磁泄壓閥、電磁閥、手動閥、止回閥、流量計、壓力傳感器、儀表和其他組件組成。 圖 2 燃油供給系統(tǒng)液壓原理圖 工作原理：工作原理和控制主燃料供給系統(tǒng)和輔助燃料供應系統(tǒng)的過程是相同的，即變頻泵控制和比例節(jié)流閥控制相結合的調節(jié)方案。燃料供給系統(tǒng)的工作原理是當流量設定的值較大 ()，關閉 由泵控制燃燒室的流量 ;流量設定的值時較小 ()，在 通過 裝在燃油電路的旁路控制流量的燃燒室。因為 比例閥有更大的調節(jié)范圍和更高的分辨率，可與閉環(huán)補償流量來控制實現(xiàn)流量大規(guī)模和精確控制。 液壓原理圖，圖 2 所示，實際的燃料供應系統(tǒng)的實施。缸、泵、馬達、機油過濾器，比例節(jié)流閥被安裝在泵的房間里，如圖 3 所示。電磁閥、流量計、壓力傳感器和手動截止閥分別安裝在風洞實驗的領域中，如圖 4 所示。 圖 3 在水泵房設備 圖 4 在字段中的設備 現(xiàn)場控制系統(tǒng)采用 動停止狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，報警 和燃料流量的閉環(huán)控制。 為了完成控制系統(tǒng)的安裝，設計了燃料控制柜。控制系統(tǒng)的主要組件被安裝在燃料控制柜：這些組件包括 鈕，燈，文本顯示儀表，數(shù)字顯示儀表，繼電器，溫度采集儀器儀表。此外，為了防止電磁干擾，一個 和燃料控制柜由若干三芯電纜連接，并可以從 控制信號傳輸?shù)? 本文中的 塊是西門子 于大量的信號在系統(tǒng)中，因此，設計的系統(tǒng)，選擇多個 些 塊包含一個主模塊 26，兩個22繼電器輸出模塊，一個 輸出模塊，兩個 擬量輸出模塊和兩個 擬量輸入的模塊。 燃料控制柜和 5 和圖 6 所示。 可靠性高，靈活的系統(tǒng)設計，易于控制，抗干擾能力強和較高的性價比等優(yōu)點。但是，它也有缺點，其中之一是 制系統(tǒng)的接口主要是由組成的按鈕、開關、燈等，各種數(shù)據(jù)曲線不能實時顯示。第二個是 以一些復雜的控制算法不能由它實現(xiàn)。因此，在實現(xiàn)制系統(tǒng) 的基礎上， 制系統(tǒng)的開發(fā)是為了繼承和擴展 功能。在本文中，遠程監(jiān)測和控制該 C++作為一種開發(fā)語言 圖 5 燃油控制柜 圖 6 變頻控制柜 根據(jù)系統(tǒng)的要求，本文遠程監(jiān)測和控制系統(tǒng)需要以下功能： (1)讀取數(shù)字 獲取在 保正確顯示的各種狀態(tài) ;（ 2）讀取 力和頻率，以確保在 （ 3）發(fā)送命令到 寫入一個值到 便遠程計算機控制系統(tǒng)可以控制 系統(tǒng)啟停、點火、控制流量 ;（ 4）讀取溫度寄存器儀表的值，從而使風洞內的氣體溫度以曲線形式顯示在 5）實現(xiàn)了燃料流量和氣體的溫度的控制算法，并將算法輸出值發(fā)送到控制變頻器或 而實現(xiàn)燃料流量和氣體溫度控制。遠程監(jiān)測與控制系統(tǒng)的主界面如圖 7 所示。 圖 7 遠程控制系統(tǒng)主界面 Ⅱ 系統(tǒng)建模 A 燃料供應系統(tǒng)的流量模型 因為燃料供應系統(tǒng)有兩種不同模式的操作，泵控制模式和 制模式，因此，將分別建立每個模式 下的數(shù)學模型。 傳遞函數(shù)之間的泵的輸出流量 以通過引用文獻 [8控制模式下 電壓頻率比 ;增益頻率 f 與 輸入的控制電壓 比； 位移 ， 單位 r； 是電機軸的轉動慣量，單位 kg*m2;電機極對數(shù) ; R'2是轉子的等效電阻，單位Ω； 機軸的阻尼系數(shù)，單位 N*m*s/ 我們認為該比例閥為一階慣性和比例放大器作為 制模式下的比例部分，然后輸出流量的比例閥 比例放大器的輸入的電壓 間的傳遞函數(shù)可以表示為 閥芯位移驅動系數(shù)，單位 m* 流量系數(shù)； 放大器增益，單位 A* 是 地區(qū)梯度 ，單位 m;T 時間常數(shù) ；ρ 燃料密度， kg/v 是 操作壓，單位 因為 燃燒室的燃料流量等于所述泵的輸出流量減去 輸出流量，因此，燃料供給系統(tǒng)的整體流量模型可以表示為 該 以作為集中的參數(shù)系統(tǒng)，根據(jù)能量守恒的定律，認為系 統(tǒng)溫度有τ秒的時間延遲，因此，氣體的溫度和燃料流量之間的傳遞函數(shù)可參照文獻 [10]。它可以表示為 H 是熱值的燃料， J/ 是燃燒室的體積， ρ kg/J ( )；ρ kg/s； K 是燃燒室壁的傳熱系數(shù)， W/（ ℃） ; kg/m3;冷卻水的流量， m3/s;冷卻水的比熱容， J/（ ） ; α 和 β 是比例因子。 三、控制器的設計 整個系統(tǒng)的控制方案如圖 8 所示。它是一個典型的串級控制系統(tǒng)。內環(huán)控制系統(tǒng)以流量作為控制目標和外環(huán)控制系統(tǒng)以溫度為控制目標。外環(huán)控制系統(tǒng)的輸出是輸入的內部控制系統(tǒng)，形成了一種串級控制系統(tǒng)。 圖 8 系統(tǒng)的控制方案 控制器的設計 從第四節(jié) 燃料供應系統(tǒng) 的流量模型 在兩種控制模式，是一個簡單的一階慣性系統(tǒng)，因此，為了簡單起見，本文選擇 其中 應用最廣泛的用該算法 作為控制器內部循環(huán)流量。 由于增量式 用在最 廣泛地 的 計算機控制系統(tǒng)，本文選取的增量式 制規(guī)律作為控制器，其方程可參照文獻 [11]。 比例、積分、微分系數(shù)。 從 (5)和 (6)，增量式 為 計算機控制系統(tǒng) 的執(zhí)行 是非常方便的，因為它只需要存儲最后三個采樣 誤差 e(k)、 e( e（ 從第四節(jié) 該 系統(tǒng)的溫度模型是一個純時滯的系統(tǒng)，模型不夠精確，因為在建模過程中有一些假 設 。此外，該系統(tǒng)的溫度模型也是不 確定的 系統(tǒng)參數(shù)；因為 這些 系統(tǒng)參數(shù)是 不在相同的 馬赫數(shù)（風速）。 該 系統(tǒng) 的 兩個特點增加了系統(tǒng)的控制難度。所以很難通過使用簡單的 態(tài)矩陣控制）是一種基于階躍響應被控對象的模型預測控制算法。該方法有一些特性，例如 大時滯、多變量、 不確定性、 強耦合和難以建立精確的數(shù)學模型， 并 已成功應用在許多工業(yè)過程控制系統(tǒng) [12]。因此，本文選擇 制法由三部分 組成 ，即模型預測，滾動優(yōu)化和反饋校正。模型預測控制主要用于預測模型的未來輸出。在第一階段的模型預測， 樣品 1， 2， ...， 設該系統(tǒng)將 k）作為初始輸出值， △u（ k）是在 k）（ k+i）， 0<=i<=時間點的初始輸出值，以及當在 當有 時間點增量 M，系統(tǒng)在這樣的預測下輸出值 △ u M（ K）， △ u M（ K+1）， ...， △ u M（ K+在 其中 N 是建模的時域 ;P 是預測 的時間域 ;M 是控制的時域 ; k） 是在未來的 P 時間點 的 系統(tǒng)的預測的輸出； △ u M（ K） 是從這個時間點 M 控制增量 ;元素是 階躍響應 系統(tǒng)描述的動態(tài)特征系數(shù)。它可以表示為 滾動優(yōu)化主要根據(jù)最優(yōu)性能指標用于計算控制增量。最優(yōu)指標可以表示為 在 q 和 r 加權系數(shù)，代表跟蹤誤差的抑制和增量的控制。 輸出控制增量可以得出上述最優(yōu)指標 反饋校正用來糾正模型預測誤差。方法是 ： 首先使用Δ uM(k) 的第一個元素來計算控制輸出，并預測未來該系統(tǒng)的輸出 y k)和該系統(tǒng)可以通過控制輸出的實際的輸出 y (k +1)，然后可以由預測誤差的第一個元素 y k)計算出，即 y k+1|k) (k)即 。它可以表示為 因此，使用加權系數(shù)我 hi(i= 1， 2， ...， N)，可以獲得如下預測值的校正值： 四、實驗 在本節(jié)中，實驗研究已通過使用該控制系統(tǒng)和控制方法進行本文 設計的 躍 響應系數(shù)和 中給出。因為設計的燃料供應系統(tǒng)有兩種不同的操作模式，即高溫度和流量大情況下使用泵控制模式，在溫度低 和 流量小 情況 下 ， 使用比例節(jié)流閥控制 方 式 。 所述 在 兩種模式分別實現(xiàn)。 氣體溫度階躍 響應 的結果從 1100℃ 到 1300℃ （風洞的類型是 900 ℃ 洞）在泵控制模式顯示在圖 9中，氣體溫度從 400℃ 到 600℃ （風洞的類型是400℃ 風洞 ）在比例節(jié)流閥控制模式下 階躍響應 結果 顯示在 圖 10。從實驗結果中，可以看 出： 在泵模式中，系統(tǒng)的響應時間是大約 15秒 ， 溫度的穩(wěn)態(tài)誤差大約為 10℃ ，溫度無超調 ；在閥模式中，該系統(tǒng)的響應時間是大約 30秒，溫度的穩(wěn)態(tài)誤差大約為 10℃ ，溫度無超調。響應時間的差異是由不 同的控制模式和不同類型的兩個實驗風洞引起的。從整體實驗的結果，可以看出，本文設計的 可以實現(xiàn)的 制精度是 ±10℃ 左右。 表一 相關參數(shù) 圖 9 在泵控制模式下的實驗結果 圖 10 在閥門控制模式的實驗結果 五、結論 在本文中，首先，氣體溫度自動控制系統(tǒng)設計了根據(jù)控制要求的氣體溫度和熱校準風洞的氣體溫度控制中的實際問題?？刂葡到y(tǒng)的設計包括設計的燃料供給系統(tǒng)、 現(xiàn)場控制系統(tǒng)和遠程 制程序的設計。然后建立了外環(huán)內環(huán)和溫度模型中的流量模 型，并分析了該系統(tǒng)的動態(tài)特性。在此基礎上，根據(jù)系統(tǒng)模型的特點提出了 級控制方案。 最后，該實驗結果是在兩個不同的控制下進行，通過使用該控制算法模式。實驗結果表明： 所提的串級控制算法在兩種不同的控制模式的控制精度為 ±10℃ 左右，溫度有無超調 ;由于 不同的控制模式和不同類型的兩個實驗風洞，這兩個實驗的響應時間是不同的 ， 系統(tǒng)的響應時間為約 15秒的泵模式（風洞的類型是 900 ℃ 的風洞 ）和 30秒在閥模式（風洞的類型是 400 ℃ 風洞 ）。 參考 文獻 [1] S. L. . “1700°C 20,2000. [2] J. F. M. G. . “of 51, 2012. [3] A. K. P. . “ 20, 2012. [4] T. X. Pu . “ ID on a in a 4142010. [5] L. . “of in ID P 4, , 2012. [6] M. T. J. . “ 2008. [7] J. . “of I a 2003. [8] “ 2003. [9] . “of by 2011. [10] F. . “of of 16, 2012. [11] Z. 005. [12] J. 1979.