燃气退火炉嵌入式温度控制系统的研究

论文摘要

性能优良的退火炉温度控制系统有助于提高产品质量和生产效率,根据客户实际生产需求和被控对象的动态特性,选用LPC2210嵌入式微处理器作为硬件平台核心,以嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ及图形用户界面MiniGUI为软件平台,运用嵌入式技术和模糊免疫PID控制理论,设计出了实时的集温度采集、显示、数据存储、控制和信息通讯为一体的嵌入式温度智能控制系统。论文设计了存储器电路、通讯电路、输入输出电路、系统电源、复位电路及温度信号采集调理电路；分析了μC/OS-Ⅱ实时操作系统和MiniGUI的工作原理和体系结构,成功地将μC/OS-Ⅱ和MiniGUI移植到硬件平台上,并开发出具有友好人机界面的多任务嵌入式温度控制系统。论文分别设计了常规PID、模糊自适应PID和模糊免疫PID温度控制算法,对比仿真结果表明：与常规PID和模糊自适应PID相比,模糊免疫PID控制器,无超调量、响应快；系统参数变化和受到干扰时,具有较好的自适应能力、免疫能力及稳定性,适合于实时温度控制。实验表明,本课题设计的嵌入式温度控制系统,可以较好地对炉膛温度进行实时控制,能够满足用户实际生产需求。对生产实践具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 课题的实用价值和现实意义
• 1.2 退火炉温度控制系统国内外发展状况
• 1.2.1 退火炉温度控制系统控制设备的国内外发展状况
• 1.2.2 退火炉温度控制系统控制策略的发展状况
• 1.2.3 嵌入式操作系统的引入
• 1.3 ARM嵌入式系统概述
• 1.4 课题研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 2 燃气退火炉嵌入式温度控制系统的硬件系统实现
• 2.1 嵌入式温度控制系统的硬件设计原则及系统整体架构
• 2.1.1 嵌入式温度控制系统硬件系统设计原则
• 2.1.2 嵌入式温度控制系统硬件系统整体架构
• 2.2 嵌入式温度控制系统硬件电路设计
• 2.2.1 嵌入式处理器LPC2210简介
• 2.2.2 存储器电路设计
• 2.2.3 通讯模块电路设计
• 2.2.4 输入输出模块电路设计
• 2.2.5 系统电源及系统复位电路设计
• 2.3 炉膛温度信号采集调理和输出电路模块设计
• 2.3.1 传感器的选取及热电偶测量误差分析
• 2.3.2 温度信号采集、调理模块和信号输出电路的设计
• 2.4 风道、气道执行机构及工作原理
• 2.5 本章小结
• 3 燃气退火炉嵌入式温度控制系统的软件系统设计
• 3.1 μC/OS-Ⅱ操作系统概述及工作原理
• 3.1.1 μC/OS-Ⅱ操作系统概述
• 3.1.2 μC/OS-Ⅱ工作原理
• 3.2 μC/OS-Ⅱ的移植
• 3.2.1 μC/OS-Ⅱ的移植的目的和可行性
• 3.2.2 移植内容和移植代码测试
• 3.2.3 编写启动代码
• 3.3 基于μC/OS-Ⅱ的系统应用程序开发
• 3.3.1 μC/OS-Ⅱ的任务、任务的管理和任务间的通信
• 3.3.2 基于μC/OS-Ⅱ的应用程序开发
• 3.4 基于MiniGUI的人机界面开发
• 3.4.1 MiniGUI概述
• 3.4.2 MiniGUI的消息和消息循环机制
• 3.4.3 MiniGUI的移植
• 3.4.4 基于MiniGUI的人机界面开发
• 3.5 本章小结
• 4 燃气退火炉温度控制算法的设计及仿真
• 4.1 常规PID温度控制算法的设计
• 4.1.1 模拟PID控制器
• 4.1.2 数字PID控制器
• 4.2 模糊自适应PID温度控制算法的设计
• 4.2.1 模糊自适应PID控制器的结构及工作原理
• 4.2.2 模糊自适应PID温度控制算法的实现
• 4.3 模糊免疫PID温度控制算法的设计
• 4.3.1 免疫反馈机理
• 4.3.2 免疫PID控制器
• 4.3.3 模糊免疫PID温度控制算法的实现
• 4.3.4 模糊免疫PID参数Ki和Kd的模糊自整定
• 4.4 温度控制算法仿真及仿真结果分析
• 4.4.1 温度控制算法仿真结果与分析
• 4.5 本章小结
• 5 基于嵌入式温度控制系统的实验
• 5.1 实验目的
• 5.2 实验内容和实验环境
• 5.2.1 实验内容
• 5.2.2 实验环境
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 嵌入式温度控制系统的运行情况检验
• 5.3.2 测试被控对象动态参数
• 5.4 实验运行结果
• 5.5 实际燃气退火炉炉膛温度影响因素的分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 在校学习期间所发表的论文