基于模糊控制的监控系统在工程机械上的开发研究

论文摘要

模糊控制理论是控制领域中非常有发展前途的一个分支。模糊控制与一般的自动控制的根本区别是,它不需要建立精确的数学模型,只要运用模糊理论将人的经验知识、思维推理及控制过程的方法与策略由所谓模糊控制器来实现。对于一个时变的、非线性的、复杂工业控制对象,其中有的参数未知或缓慢变化,或带有延迟及随机干扰,控点多且控点间又具有一定相互影响,这一类不具有任何数学模型的被控对象(或过程),使用传统控制理论(如PID控制、直接数字控制)很难取得满意的控制效果。如果我们应用开关控制与预测模糊控制相结合的多模控制方法则可以较好的解决这个问题。 面向工控领域对象,嵌入到工控应用系统中,实现嵌入式应用的计算机简称嵌入式系统。单片机是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态应用系统,能满足面向控制对象、应用系统的嵌入、现场的可靠运行及非凡的控制品质等要求,是发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式系统。 现代的架桥机经过优化设计后,其机身和车底都比较简约。但其工况和环境比以前更加恶劣。因此,给设备配备一个监控系统是非常必要的。本系统是以模糊控制理论为依据,设计水平监控模型;以单片机为载体按嵌入式应用的思路开发的计算机监控系统。它能够确保架桥机工作的安全性和稳定性。随着工程技术和工程机械的发展,以模糊控制理论开发出来的嵌入式系统在工程技术中发挥越来越重要的作用。 本文首先介绍了系统的设计要求,在了解系统的基本结构和技术参数后,研究了模糊控制理论和模糊控制器的设计方法,开发了水平检测模型。 本文从理论上研究监控系统硬件部分的组成和选型,画出了监控系统电路原理图。为了提高系统的采样和控制精度,数据采集部分的A/D转换器选用12位。 本项目按照模块化结构的设计原则进行控制系统的软件设计。将系统分为3部分:主程序、数据采样及处理程序、键盘中断服务程序。在满足系统要求的前提下,采用“软硬兼施”方法对各模块进行设计和调试。 为了提高系统的实时性,本系统独到的采用了双单片机并行通信的主从式结构。将水平检测模型的表格放在从机中,以中断(查询)的方式供主机

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 国内外铁路架桥机的发展状况
• 1.2 本课题的研究内容及意义
• 1.3 本项目机械部分简介
• 1.3.1 基本结构
• 1.3.2 机械部分基本功能
• 1.3.3 电气系统基本要求
• 1.3.4 其他情况简介
• 1.4 本课题的任务
• 第2章 监控系统的设计要求
• 2.1 嵌入式系统特征和种类
• 2.1.1 特征
• 2.1.2 种类
• 2.2 系统设计的主要内容
• 2.3 系统对硬件的要求
• 2.3.1 模拟量输入通道的扩展
• 2.3.2 输出通道的连接方式
• 2.3.3 操作面板
• 2.3.4 系统速度匹配问题
• 2.3.5 系统负载匹配问题
• 2.3.6 抗干扰能力强
• 2.4 控制系统对应用软件的要求
• 2.4.1 实时性
• 2.4.2 灵活性和通用性
• 2.4.3 可靠性
• 2.5 软件、硬件折衷问题
• 2.6 软件开发过程
• 2.7 本项目监控系统硬件总体方案
• 第3章 水平监测模型的确立
• 3.1 模糊控制设计
• 3.2 本项目模糊控制器的设计
• 3.2.1 系统模型设计
• 3.2.2 算法的实现
• 3.2.3 系统集成
• 3.2.4 结论
• 第4章 监控系统的硬件设计
• 4.1 单片机原理及选型
• 4.1.1 单片机系统组成及开发
• 4.1.2 单片机与微型机的比较
• 4.1.3 8031芯片
• 4.1.4 单片机I/O控制方式
• 4.1.5 系统速度匹配问题
• 4.1.6 MCS-51系列单片机负载匹配问题
• 4.2 存储器选型
• 4.3 A/D转换器的选择
• 4.3.1 A/D转换器的选择原则
• 4.3.2 本系统 A/D转换器的型号选择
• 4.4 多路开关选择
• 4.5 采样-保持器的选择
• 4.5.1 采样-保持器的原理
• 4.5.2 采样-保持器的选型
• 4.6 D/A转换的选择
• 4.6.1 D/A转换器原理
• 4.6.2 D/A转换器的型号选择
• 4.7 矩阵键盘的接口技术
• 4.8 LED数码管的显示技术
• 4.8.1 LED数码管的显示
• 4.8.2 LED数码管的显示方法
• 4.9 本系统传感器类别及选型
• 4.9.1 倾角传感器
• 4.9.2 压力传感器
• 4.9.3 风速传感器
• 4.10 I/O接口技术
• 4.10.1 8255A可编程通用并行接口芯片结构
• 4.10.2 8255A的工作方式
• 4.10.3 数据I/O操作
• 4.11 本系统硬件图说明
• 4.11.1 A/D转换器及数据采集
• 4.11.3 报警电路
• 4.11.4 译码电路
• 4.11.5 控制输出
• 4.11.6 数据通信
• 第5章 系统软件设计
• 5.1 控制系统主程序
• 5.2 数据采集及处理系统
• 5.2.1 采样 T的确定
• 5.2.2 本系统数据采集及处理形式
• 5.3 键盘处理及显示子程序
• 第6章 单片机通信方式
• 6.1 并行通信
• 6.1.1 单向并行通信接口的实现
• 6.1.2 主从并行通信接口的实现
• 6.1.3 无主从双向井行通信接口的实现
• 6.1.4 三种并行接口方式的特性分析
• 第7章 系统可靠性措施
• 7.1 系统仿真调试
• 7.1.1 单片机在线仿真器基本功能
• 7.1.2 DVCC系列单片机仿真实验系统性能
• 7.1.3 本系统调试过程
• 7.2 系统抗干扰措施
• 7.2.1 系统的硬件抗干扰措施
• 7.2.2 系统的软件抗干扰措施
• 第8章 本项目的进一步扩展
• 8.1 利用串行接口做系统扩展
• 8.1.1 MCS-51单片机与计算机通信方式
• 8.1.2 贺氏（Hayes）调制解调器介绍
• 8.1.3 MCS-51单片机串行接口与 Modem之间的通信
• 第9章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的文章