工业以太网嵌入式控制器研究与应用

论文摘要

工业以太网(Industrial Ethernet)是国际上现场总线领域研究的热点,各种现场总线标准组织也加大了对工业以太网的研究。嵌入式系统的强大网络功能,为以太网应用到工业现场起到很大的促进作用。本文针对以太网应用到工业现场出现的带宽、实时性、稳定性等问题,设计了工业以太网嵌入式控制器。本文首先介绍了工业以太网和嵌入式技术的发展现状,其次重点阐述了工业以太网嵌入式控制器的硬件设计,主要包括以Rabbit3000处理器为核心的中央控制系统、存储器单元、以太网接口、RS232、RS485、12位A/D转换、D/A输出和上电复位等。之后实现控制器的软件设计,完成了控制器采集、滤波、控制、报警及与上位机的网络通讯功能,与试验设备共同构成网络控制液位系统,并且针对设计过程中遇到的一些问题做出分析及给出解决方案。最后在Simulink环境下建立控制系统进行仿真,与常规PID控制比较分析,得出模糊整定PID控制具有鲁棒性强和动态性能好等特点。

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 课题背景

1.1.1 工业以太网发展现状

1.1.2 网络控制实时性能研究现状

1.1.3 本文中的延时分析

1.2 本文的意义

1.3 本文的主要工作

第2章嵌入式技术在工业网络控制中的应用

2.1 嵌入式技术

2.1.1 嵌入式技术

2.1.2 嵌入式技术在工业控制网络中的应用现状与优势

2.2 嵌入式TCP/IP协议

2.2.1 嵌入式TCP/IP协议

2.2.2 IP协议

2.2.3 UDP/TCP协议

2.2.4 采用UDP而非TCP

第3章嵌入式以太网控制器设计

3.1 控制器硬件设计

3.1.1 控制器的微处理器

3.1.2 存储器扩展

3.1.3 通信接口

3.1.4 模拟量输入接口

3.1.5 模拟量输出接口

3.1.6 电源供电

3.1.7 控制器抗干扰措施和PCB板设计

3.2 软件设计

3.2.1 上位机监控管理软件功能

3.2.2 控制器的软件设计任务

3.2.3 控制器开发软件

3.3 控制器软件设计

3.3.1 数据采集子程序

3.3.2 网络控制器数据通讯子程序

3.3.3 控制算法子程序

3.3.4 输出控制子程序

3.3.5 上位机监控界面子程序

3.3.6 报警处理子程序

第4章基于模糊PID网络控制器设计

4.1 模糊整定PID控制

4.1.1 模糊控制系统

4.1.2 模糊控制器的基本结构及维数

4.1.3 模糊整定PID控制

4.2 控制系统数学模型

4.2.1 系统的模型辨识

4.2.2 液位模型的过程辨识

4.3 控制系统的仿真

4.3.1 MATLAB模糊工具箱

4.3.2 模糊整定PID控制器的设计方案

4.3.3 SIMULINK仿真及结果分析

第5章结束语

参考文献

致谢

附录

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