基于现场总线（PROFIBUS）的模糊控制器的设计

论文摘要

现场总线是工业控制网络向现场级发展的产物，它具有全数字化、分散、开放、双向传输和多分支的特点。现场总线控制系统代表着工业控制网络技术的发展方向，一经产生便成为全球工业自动化技术的热点，其表现在将控制完全分散，即要求总线网络中的控制器能够实现现场控制，并且针对复杂控制对象要具有一定的智能。本课题设计了一个能够直接用于现场总线（PROFIBUS）网络的模糊控制器，它相当于一个PROFIBUS-DP从站，该控制器主模块选用具有ARM920T内核的32位芯片S3C2440作为控制器的微处理器，通过外围电路设计，实现控制器的8路A/D转换输入，4路D/A转换输出，开关量输入输出，LCD显示，自检及报警等基本功能。PROFIBUS通信模块选用SIMENS公司的SPC3作为PROFIBUS总线协议转换芯片，通过RS485驱动和光电隔离可以直接与PROFIBUS总线连接，实现对控制器的PROFIBUS总线接口的设计。针对实际工业控制现场中的控制对象具有非线性、大滞后、强扰动等特点的情况，本课题采用了模糊控制技术，克服了传统控制技术抗干扰能力差、无法满足复杂控制要求的不足。在模糊控制基础上加入跟踪-微分器用于解决求微分不准确，不及时等缺陷，并设计了在线调整功能。运用MATLAB仿真对比传统PID控制与带有非线性跟踪微分器的模糊控制的控制效果，验证了模糊控制技术在复杂控制系统中的优势。将虚拟主站与模糊控制器通过PROFIBUS总线传输验证了控制器PROFIBUS总线通信功能的实现，从而验证了本课题设计的正确性和有效性。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的目的和意义
• 1.2 本课题研究现状
• 1.2.1 模糊控制理论的研究进展
• 1.2.2 现场总线（PROFIBUS）的研究进展
• 1.2.3 基于现场总线（PROFIBUS）的模糊控制器的研究进展
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 控制器的总体方案设计
• 2.1 控制器总体结构的设计
• 2.2 控制算法的选择
• 2.3 现场总线（PROFIBUS）通信原理
• 2.3.1 PROFIBUS 总线协议结构
• 2.3.2 主-从站传输过程
• 2.4 本章小结
• 第3章 控制器的硬件设计
• 3.1 控制器系统核心器件的选择
• 3.1.1 控制器芯片 S3C2440
• 3.1.2 控制器的 PROFIBUS 协议转换芯片 SPC3
• 3.2 CPU 的外围电路设计
• 3.3 A/D 输入电路的设计
• 3.3.1 前端信号采集部分
• 3.3.2 模数转换部分
• 3.4 D/A 输出电路的设计
• 3.5 总线接口电路的设计
• 3.5.1 SPC3 的存储器分配
• 3.5.2 SPC3 中断源介绍
• 3.5.3 SPC3 与 S3C2440 接口设计
• 3.6 开关量输入输出电路的设计
• 3.7 自检与报警电路设计
• 3.8 LCD 触摸屏显示电路设计
• 3.9 本章小结
• 第4章 带有非线性跟踪-微分器的模糊控制算法
• 4.1 非线性跟踪-微分器的介绍
• 4.1.1 非线性跟踪-微分器的产生
• 4.1.2 非线性跟踪-微分器的一般形式和基本性质
• 4.2 带有非线性跟踪-微分器的模糊控制算法
• 4.2.1 加入非线性跟踪-微分器的模糊控制算法的特点
• 4.2.2 加入非线性跟踪-微分器的模糊控制器的工作原理
• 4.2.3 模糊控制的在线调整
• 4.3 双输入单输出系统模糊控制器的设计过程
• 4.3.1 确定模糊控制器的结构
• 4.3.2 建立模糊控制规则
• 4.3.3 确定模糊变量的赋值表
• 4.3.4 建立模糊控制表
• 4.4 本章小结
• 第5章 控制器的软件系统设计
• 5.1 LINUX 系统的编程原理
• 5.2 驱动程序开发设计
• 5.2.1 LCD 显示驱动程序的设计
• 5.2.2 SPC3 与微处理器接口电路软件设计
• 5.2.3 A/D 驱动程序
• 5.2.4 D/A 驱动程序
• 5.3 应用程序的开发设计
• 5.3.1 人机界面设计
• 5.3.2 自检程序的设计
• 5.3.3 对控制算法的软件设计
• 5.4 本章小结
• 第6章 实验和总结
• 6.1 Matlab 仿真证明带有跟踪-微分器的模糊控制算法的优越性
• 6.2 控制器的 PROFIBUS 总线通信测试
• 6.3 实验总结
• 结论
• 参考文献
• 致谢