测长机温控系统的研究

论文摘要

随着科学技术的迅猛发展,越来越多的行业对大尺寸构件的几何量测量精度提出了更高的要求。在对构件的几何量测量中,温度因素是很重要的一环,测量环境的温度场因测量器具和被测件的温度敏感性对尺寸测量的精度产生影响,对于大尺寸构件,这一影响尤其突出。因此,对测量环境的温度进行实时监控,是一个必须解决的重要课题。目前,在温度测控领域,国内外的学者在理论和应用方面都作了大量工作,并取得了一定的进展。但是,由于温度具有非线性、时变性和大滞后性等特点,导致了温度的高精度控制具有相当的难度,大尺寸空间的精密温度测量与控制还没有成熟的技术可以应用。因此,本课题的研究对于提高大尺寸空间的温度测控能力,进而提高大尺寸构件几何量测量精度有重要意义。本课题采用ARM7(LPC2214)作为温度测量和控制系统的核心处理器,其具有处理能力强、接口丰富、成本低、体积小等特点。整个系统由三个主要部分组成,其中包括温度测量部分、数据处理部分和温度控制部分。测温部分由5路Pt1000铂电阻温度传感器和24位的A/D转换器AD7760组成,保证了测量的高精度。在控温部分,该系统采用16位D/A转换器MAX5441输出高精度控温电压信号,本系统通用性较强,可通过更换传感器及相应软件来实现其它物理量的测量。本文首先总结了温度测量及控制的发展现状,然后对整个系统进行硬件实现和控制方法实现。温度控制的特性导致了常规的PID控制很难做到参数间的优化组合,以至使控制响应不能得到良好的动态效果。而模糊控制通过把专家的经验或手动操作人员长期积累的经验总结成的若干条规则,采用灵活的手段来完成那些用经典和现代控制理论难以完成的自动化和智能化的目标。模糊PID算法具有鲁棒性好、动态响应好、上升时间快和超调小的特点。因此在温度控制器设计中,采用PID参数模糊自整定复合控制算法,可以实现PID参数的在线自调整,进一步完善了PID控制的自适应性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外的温度测控现状
• 1.2.1 温度测量技术的发展
• 1.2.2 温度控制技术的发展
• 1.2.3 几种常用的温度控制方法
• 1.3 处理器技术的发展
• 1.4 研究目标
• 1.4.1 功能要求
• 1.4.2 技术指标
• 1.5 论文研究的主要内容
• 第2章 总体方案设计
• 2.1 总体方案
• 2.2 系统硬件的选择方案
• 2.3 系统软件的整体结构
• 2.4 温度控制方案
• 2.5 系统总体结构
• 2.6 本章小结
• 第3章 硬件设计
• 3.1 硬件稳定性要求
• 3.1.1 抗电磁干扰
• 3.1.2 抗温度变化
• 3.1.3 抗力学振动
• 3.2 数据处理模块
• 3.2.1 LPC2214 处理器简介
• 3.2.2 LPC2214 最小系统结构
• 3.3 温度测量模块
• 3.3.1 铂电阻测温模块
• 3.3.2 模数转换器
• 3.4 温度控制模块
• 3.5 其他功能模块
• 3.5.1 存储模块
• 3.5.2 JTAG调试模块
• 3.5.3 通讯接口
• 3.5.4 输入输出接口
• 3.5.5 光电隔离
• 3.5.6 多路复用
• 3.6 本章小结
• 第4章 大尺寸空间温控方法
• 4.1 温度控制策略
• 4.1.1 PID控制的基本概念
• 4.1.2 模糊控制的基本概念
• 4.2 模糊控制与PID结合
• 4.3 模糊PID温度控制器维数的选择
• 4.4 数据处理的设计与仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验与数据处理
• 5.1 温度测量系统的实验方法与数据分析
• 5.2 温度控制系统的实验方法数据分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢