基于门禁系统控制

基于门禁系统控制（精选12篇）

基于门禁系统控制 篇1

0 引言

大脑皮层的神经元触发将产生可测量的电活动。脑电图 (Electroencephalo-grams, EEG) 是通过靠近皮层的传感电极阵列来测量并记录这些电活动信号。脑电图作为一种无创的检测手段, 其广泛用于神经科学和认知心理学的研究领域。随着电子与计算机技术的高速发展, 推动了脑-机接口 (Brain Computer Interface-BCI) 技术的发展, 它作为一种全新的信息交换技术, 在大脑与外部设备之间建立的直接交流通道。脑机接口为用意念控制外部设备提供了可行手段。这种技术在以前还只存在于科幻小说之中。近年来, 基于脑电 (EEG) 的脑机接口 (BCI) 技术由于其学术价值和广阔的应用前景, 成为国内外研究的一个热点。其应用领域涉及控制假肢装置、辅助交流、军事应用、视频游戏以及机器人控制等, 它不仅是一种全新的助残方式和控制手段, 能帮助残疾人提高生活质量, 而且对正常人而言, 也能提供一种特殊的信息交流和生活娱乐方式。

智能小车, 作为目前常见的运动控制对象, 有着安全, 控制简单等特点。因此在实现基于基于意念控制的运动控制系统的研发过程中, 我们选择智能小车作为控制对象。

1 系统整体设计

意念控制系统的主体由脑波模块, 蓝牙模块和主控计算器三个部分组成, 其中脑波模块负责采集人体脑电波, 是唯一的信号捕获模块。脑波模块和主控计算机之间的数据通讯由蓝牙模块实现。主控计算机是意念控制系统的核心, 它实现了对脑波数据的分析建模, 给出控制指令。统结构图如图1所示。

该系统通过脑机接口 (BCI) 技术, 建立了大脑与计算机的直接交流通道, 并由电脑解析复杂的脑波信号给出控制指令, 再由TCP/IP通讯协议将控制指令发送至下位机, 最后下位机执行控制指令。

2 上下位机软件设计

2.1 上位机软件设计

上位机软件用VC++6.0编写, 界面如图2所示。在未点击“打开串口”按键时, 上位机处于待机状态, 不执行任何操作。在点击“打开串口”按键后, 上位机进入工作状态, 此时上位机会一直接收蓝牙端口对应的COM口上传的脑电波数据并分析该数据。数据分析的结果会在上位机中显示, 以便于在前期锻炼时提供参考。在实际控制过程中, 上位机在分析数据给出控制指令后, 会将指令通过TCP/IP通讯协议下传至下位机, 由下位机执行指令。在智能小车的运动过程中小车的运动状态会通过TCP/IP通讯协议返回到上位机上显示, 帮助操控手更好的了解智能小车的状态。

2.2 上位机算法设计

TGAM脑波模块大约每秒钟发送513个包。发送的包有小包和大包两种:小包的格式是AA AA 04 80 02 xx High xx Low xx Check Sum前面的AA AA 04 80 02是不变的, 后三个字节是一直变化的, xx High和xx Low组成了原始数据rawdata, xx Check Sum就是校验和。所以一个小包里面只包含了一个有用的数据, 那就是rawdata, 可以说一个小包就是一个原始数据, 大约每秒钟会有512个原始数据。我们需要把这512个原始数据每个都解析出来, 实现算法如下:

rawdata= (xx High<<8) |xx Low;

if (rawdata>32768) {rawdata=65536;}

这样就得到了每个数据包携带的原始数据。不过在计算原始数据之前还有更重要的一步:计算校验和。校验和的计算方法如下:

sum= (0x80+0x02+xx High+xx Low) ^0x FFFFFFFF) &0x FF。

如果算出来的sum和xx Check Sum是相等的, 那说明这个包是正确的, 然后再去计算rawdata, 否则直接忽略这个包。丢包率在10%以下是不会对最后结果造成影响的。

在得到原始数据, 并确认最后结果可用后, 我们还需要得到脑波信号的信号强度Signal, 专注度Attention, 放松度Meditation和8个EEG Power的值。而这几个值就在第513个大包里面, 这个大包的格式是相当固定的, 其格式为:AA AA 20 02C8 83 18 18 D4 8B 12 D1 69 02 58 C1 17 3B DC 02 50 00 03CB 9D 03 6D 3B 03 7E 89 04 00 05 00 D5, 其中加粗部分的值是固定不变的。加粗的02代表信号Signal, 在其后面一个字节表示信号的值。加粗的83表示EEG Power开始了, 加粗的18说明了EEG Power是由24个字节组成, 在其后面的字节每三个为一组, 组成了8个EEG Power的值, 其计算方法为第一个字节左移16位, 第二个字节左移8位, 第三个字节不变, 再将它们进行或运算得到每个EEG Power的值。加粗的04表示专注度, 其后一个字节表示专注度的值, 加粗的05表示放松度, 其后一个字节表示放松度的值。

2.3 下位机软件设计

智能小车上电后, 将智能小车与上位机的通讯连接建立, 上位机和智能小车之间就可以实现指令的传输。在未接收到指令前处于静止状态, 电机停止工作。在确定接收到指令以后, 智能小车电机工作, 小车开始运动。在运动的过程中, 只有在持续接收到指令的情况下, 智能小车才能维持其运动状态, 若在此过程中失去指令智能小车就会停止运动, 静止在原地, 直到下一次接收到指令后小车重新开始进入运动状态。在智能小车与上位机的通讯连接建立后, 不论小车是否接收到控制指令, 智能小车都会时时的将自身的状态返回给上位机, 以便于操控手对智能小车的观察。

3 总结

对于需要人为控制的对象的控制, 采用基于意念控制的运动控制系统可以将人的双手解放出来, 对于普通人而言, 既可以使控制具有更强的娱乐性, 同时也可以让解放的双手从事其他作业。对于残障人士而言, 这是一种可以提高他们生活质量的方法。本系统目前已能较好的实现基于意念控制的运动对象启动停止、前进后退控制, 更复杂的控制方式将是下一步的研究重点。

参考文献

[1]谷少东.基于运动想象的脑机接口的研究与设计[D].浙江大学, 2008.

[2]沈敏.脑-机接口技术综述[J].重庆邮电大学学报, 2007 (增) :147-150.

[3]曾翔.基于脑机接口技术的电视遥控系统研究与设计[D].电子科技大学, 2011.

[4]王行愚, 金晶, 张宇, 王蓓.脑控:基于脑机接口的人机融合控制[J].自动化学报, 2013, 39 (3) :208-221.

[5]徐宝国, 宋爱国, 费树岷.在线脑机接口中脑电信号的特征提取与分类方法[J].电子学报, 2011 (5) :1025-1030.

[6]徐江, 何庆华, 田逢春, 周雅, 冯正权.基于脑机接口的无线遥控车系统[J].微计算机信息, 2010 (32) :99-101.

[7]岳敬伟, 葛瑜, 周宗潭, 胡德文.脑机接口系统中的交互技术[J].计算机测量与控制, 2008, 16 (08) :1180-1183.

基于门禁系统控制 篇2

摘要：从技术背景、系统结构、硬件和软件设计等方面论述了基于RTLinux的闸门实时控制系统的组成、原理以及实现方法，并着重分析了软件实现的关键问题。

关键词：RTLinux 实时控制 TCP/IP MYSQL数据库

在水电站闸门控制系统中，设备地理位置分散、控制分散，基于常规继电器的控制系统不能满足电厂无人值班控制系统和全厂综合自动化的要求，必须将智能控制和工业网络相结合，实现实时控制的同时又能对设备进行智能管理和维护。目前比较常用的控制系统大多由PLC构成，成本较高，缺乏客户定制的灵活性。本文从系统功能实现和经济指标两个方面考虑，半基于RTLinux的控制平台、工业以太网和数据库技术引入闸门控制系统。

1 RTLlinux、工业以太网和数据库

RTLinux是由新墨西大学的Victor Yodaiken等人开发的，现在已有商业化的版本推出。在RTLinux面世之前，Linux在实时性方面作过一些尝试。(本网网收集整理)在POSIX1.b中，规定了实时进程的一些标准，但由于Linux内核的不可抢先性，真正的实时进程无法在标准的Linux环境下实现。RTLinux采用简单而有效的方法解决了此问题而不用重写Linux内核代码。RTLinux实现了一个高效的可抢先的实时调度核心，全面接管中断，并把Linux作为此实时核心的一个优先级最低的进程运行。当有实时任务需要处理时，RTLinux运行实时任务；无实时任务时，RTLinux运行Linux的非实时进程。图1是RTLinux的结构图。

为保证实时进程与非实时Linux进程部顺序进行数据交换，RTLinux引入了RT-FIFO队列。RT-FIFO被Linux视为字符设备，最多可达150个，分别命名为/der/rtf0、/dev/rtf1……/dev/rtf63。最大的RT-FIFO数量在系统内核编译时设定。图2说明了RT-FIFO的工作原理。

RTLinux程序运行于两个空间：用户空间内核态。RTLinux提供了应用程序接口，借助这些API函数将实时处理部分编写成内核模块，并装载到RTLinux内核中，运行于RTLinux的内核态。非实时部分的应用程序则在Linux下的用户空间中执行，这样可以发挥Linux对网络和数据库的强大支持功能。

TCP/IP协议和以太网在Internet上的成功应用吸引着越来越多控制程师。尽管以太网的时间不确定性给以太网应用于工业控制现场的实时性带来了很多争论，但是实际应用中，经网络传输的数据绝大多数用于系统管理和维护等方面，用于实时控制的数据传输很少，这也是基于管理集中、控制分散的系统设计策略考虑的。在较高的以太网传输速度下，现场智能处理单元的处理速度才是传输延迟的主要原因。本系统现场控制单元采用高速处理器，并采用RTLinux作为现场控制单元的控制平台，直接用以太网传输数据，系统的网络层次减少，信号的传输实时性也得到提高。

目前，有许多数据库开发商提供了Linux平台上的数据库软件，例如Oracle、Sybase、Informix和MYSQL等都推出了Linux版本。基于RTLinux的控制系统在实时控制领域有巨大的潜力。

2 系统组成

本系统分为现场和集中级。现场控制级由分散在现场的4个现场控制单元控制，分别完成闸门位置、油缸油压和油路状态等的采集，现场操作按钮的监视以及闸门提升和下降的控制等。集中级由集中监控站、维护站组成，分别执行监视、智能维护及诊断等功能。打印机用于数据的硬备份、报表的输出。系统结构如图3所示。

2.1 系统硬件构成

在工业控制系统中通常采用PLC作为现场的控制核心。PLC的不足一方面在于其较高的价格，另一方面在于其难以实现非顺序控制算法，以及缺乏对TCP/IP灵活的支持。本系统采用嵌入式PC作为控制单元的核心，开发人员可自行开发外围接口板，根据系统需要灵活组态，既经济又能使用高级语言开发控制程序。

现场控制闸门的LCU采用相同的硬件配置。CPU板采用研华公司的PCM-5864，CPU的Intel公司的Pentium MMX 166MHz，内存为64MB，以太网接口为10MHz的RTL-8139A。CPU板通过PC104总线与采样模块和输出模块相连。此外该板上配有显示、键盘和鼠标等标准接口，便于在线修改和检查程序。硬盘选用容量为4.3GB的笔记本硬盘。16通道的A/D采样模块PCM-3718H完成模拟量的采集，分辨率为12位；16通道的数字I/O模块PCM-3730用于开关量的采集、控制闸门的启动和停止。为便于现场巡检，LCU配有显示中文信息的LCD模块MGLS-240128，内置T6963C控制器。系统采用了16端口的HUB。

为保证集中站可靠地工作，集中监控站、集中维

护站采用工业PC，配有Intel公司的P处理器，256MB内存和40GB的大硬盘，TCP/IP通信由3COM公司的10/100MbpsPCI网卡3C905C来完成。

2.2 系统软件构成

系统的软件也分为两部分。集中监控站采用Windows2000操作系统，并安装有MYSQL-3.23.49 for Windows服务器软件和监控软件；维护也采用Windows2000操作系统。此外装有MYSQL的客户端软件包和维护及诊断软件。监控软件和维护及诊断软件均用Visual C++开发。

LCU的软件包括实时Linux操作系统、数据库客户端软件和控制程序。在LCU中，操作系统Redhat6.2经升级和安装RTLinux后被改造成实时Linux。升级后的核为Linux-2.2.18,RTLinux的版本号为RTLinux2.2 for Linux-2.2.18。数据库的客户端程序包为MYSQL-3.23.49RPM。控制程序包括实时控制程序和非实时程序两部分。

3 系统设计的关键问题

现场单元中与实现控制部分和非实时控制部分程序相对应的文件为gatectl_module.c和gatectl_app.c。二者由gcc编译后生成目标文件gatectl_module.o和gatectl_app.o。前者为内核模块，嵌入到RTLinux核中，用于实时采集和实时控制输出，运行于内核态。后者为Linux应用环境，运行于用户空间，完成数据的预处理、访问数据库和人机接口等工作。

3.1 内核模块

内核模块程序按多线程模式编写，RTLinux提供了与多线程编程相应的API函数。

RTLinux2.2内核中，完成实时任务的模块主要包括以下两个功能函数：

Int init_module；

Void cleanup_module()。

前者在模块第一次装入核中时被调用，完成实时任务的参数（优先级别、中断周期等）的设置，进行任务的启动和终止等操作。后者在模块卸载时被调用，一般在调试或系统退出时使用。模块中可启动多个任务，本系统在实时部分只设计一个实时任务即Task1。

启动实时任务前必须进行初始化。init_module()中的初始化工作包括以下三部分：

・为保证内核态的实时进程与用户空间的非实时进程间交换信息。须创建3个RTL-FIFO，具体为：rtf1用于实时进程与非实时进程间的数据交换，数据包括采集到的模拟量和数字量；rtf3用于非实时进程向实时进程传递控制命令字，以启动和终止实时任务；rtf2用于保存经ttf3传递的实时任务的控制命令字。创建工作由RTLinux提供的API函数rtf_create(n,buf)来完成。

・创建实时任务Task1对应的线程，并设定其调度优先级，由API函数pthread_create来完成。

・当非实时进程通过rtf3进行控制命令传递时，实时进程应及时响应。因此必须在实时程序中建立跟踪rtf3变化的子程序，调用rtf_create_handler(3，&data_handler)来完成此功能。

内核态的主体程序有两种实现方式：中断处理和周期实时线程方式。本系统采用周期性实时线，即周期性地执行数据采集、输出控制结果以及与处于用户空间中的`非实时进程交换数据。具体过程见图4。

在编写实时程序时，应特别注意的是：实时任务运行在内核水平，是为了提供对计算机硬件的直接访问能力，为避免不确定的延迟，RTLinux给代码和数据分配固定的内存空间。实时任务不能使用Linux的系统调用及Linux中的程序与数据结构，否则难以保证数据的一致性。此外应控制实时程序的执行时间，编写程序时应注意包含与API函数对应的头文件。

内核程序中与RT-FIFO相关的函数有：

rtf_create()：创建RT-FIFO。

rtf_get():从RT-FIFO读数据。

rtf_put():向RT-FIFO写数据。

rtf_create_handler()：建立响应RT-FIFO变化的子程序。

内核程序中与实时任务线程相关的函数有：

pthread_create():创建实时任务对应的线程。

pthread_wait_np():将当前线程挂起，直至下一个周期线程。

pthread_makeperiodic_np()：设置线程的属性并启动线程。

pthread_suspend_np()：将本线程无限期挂起，即终止任务。

在调试阶段，需要将有bug的模块卸载。该项工作由cleanup_module来完成。在卸载模块时将rtf1、rf2和rtf3撤销，并撤销实时任务Task1。

3.2 应用程序

Linux下应用程序gatect1_app工作流程见图4，其程序用Linux下的C语言开发。集中监控站和维护站的程序在Windows下用Visual C++开发。其中有几点要说明：

・RT-FIFO被Linux视为字符设备，因此可以通过调用open(“/dev/rtf1”,O_RDONLY)来获得rtf1的指针，rtf2的rtf3类似。获得指针后通过read和write函数实现对RT_FIFO的读写操作。

・程序中调用select函数检查RT_FIFO是否忙，以避免读RT_FIFO时出现阻塞现象。

・LCD显示模块MGLS-240128内置智能控制器，只需将待显示的数据送控制器的显示缓冲区就能实现显示功能，数据显示不会占用系统过多的时间。

・系统数据传输和维护通过网络数据库来实现。数据库采用客户端/服务器模块，将LCU、集中维护站设置为客户端，将集中监控站设置为服务器。本系统采用基于TCP/IP协议的MYSQL数据库为实现数据管理。MYSQL是一个多用户、多线程的SQL数据库服务器，由客户端/服务器结构来实现。它由一个服务器守护程序mysqld和不同的客户程序及库组成，使用TCP/IP把多个客户（LCU等）连接到一个服务器（集中监控站）上。在运行前应将主机名、IP地址等设备就绪，在LCU的应用程序gatectl_app中应包含MYSQL.h头文件，其中有MYSQL的API函数的具体实现。在用户空间，C语言程序通过这些API函数访问远程的数据库服务器。

・数据的预处理：为防止被干扰的数据上传到服务器，应用程序对数据进行滤波，再对数据进行分类。经过预处理后的数据才可以送数据缓冲区，通过API函数向数据库服务器上传。

4 应用效果

基于机电控制系统的探析 篇3

关键词：机电控制系统 煤矿产业 探析

随着我国工业化程度的不断发展，越来越多的工业生产行业需要依赖机电控制系统来提高生产效率和控制生产过程，比如光纤行业、计算机行业、网络的硬件维护和智能型新产业等高新行业都与机电控制系统存在着密切的联系。机电控制系统已经广泛深入到工业领域并且发挥着不可替代的作用。机电控制系统的工作原理是通过高科技手段将技术与相关行业的设备产生关联，从而对其进行控制的一个智能化系统。通过机电控制系统的运用，生产企业可以减少诸多不必要的人工操作，提高了生产的精确度和施工水平，达到节约能源使用和原材料使用的目的，从而降低了企业的生产成本。煤矿生产对机电控制系统的使用极为广泛，并且机电控制系统在其中占据着举足轻重的地位，笔者通过分析研究常见的机电控制模式，更深入探析煤矿生产与机电控制系统的相互关系，并且提出了自己的意见和看法。

1 常见的机电控制模式

1.1 数字化控制模式

数字化控制模式是以计算机为核心的最常见的一种控制模式，它的最大关联部分就是计算机，通过采样、转化、分析和控制指令等层层递进的方式达到控制的目的。它的数字结构特点非常明显，甚至可以将控制信息通过数字显示出来，给予系统设计者最直接、最客观的理论依据，帮助设计者不断地调整控制方案以达到最精确的结果。数字化控制是所有控制模式里面最简单和直接的模式，它的精确度也高，但是它需要更多的时间来运行，更多的容量空间来满足条件，比较适用于简单的机电控制。

1.2 监督控制模式

监督控制模式相对数字控制模式较为高级一些，它充分发挥了人对控制系统的监督和控制作用，根据系统控制反馈的数值进行分析，不断地进行人为调整或者自我调整控制数值，使得生产控制过程得到最大程度的优化，不断提高系统控制的精确性。但是监督控制模式还是属于比较单一的控制模式，还不能应对多个控制回路所带来的错综复杂问题，从而极易引发控制出错的风险，不能很好的实现机电控制的稳定性和可靠性，这种控制模式也渐渐退出历史舞台。

1.3 分布控制模式

顾名思义，分布控制模式就是以不同形状的分布点组成的控制系统，比如环形控制系统、总线形控制系统和多级式控制系统等。其中多级式的控制系统是最为典型和常见的，它分等级、分环节来实现递进式的系统控制，相对比较复杂。分布控制模式比数字控制模式要多测量、通信和人机交互等几项技术才能完成整个控制过程，但是它又比数字控制模式和监督控制模式更为灵活便捷，速度也有较大提高，它是机电控制学科研究领域中值得骄傲的成果。

1.4 总线控制模式

这是一种与网络运用最为密切的机电控制模式，因为它是依靠先进的网络通信技术发展起来的，是现今较为成熟、运用较广泛的一种新型控制系统。它的控制水平已经达到现场连接并且控制的高度，结合计算机和网络技术的优点，它与设备的相互作用更加明显，操作更加复杂，技术上越来越向自动化和智能化方向发展，实现了人对机电控制系统由操作转向管理的实质性大跨越。

2 煤矿产业对机电控制系统的利用

在煤矿产业中运用机电控制系统，是机电控制系统各方面优势的最大体现。首先机电控制系统的信息化优势大大提高了煤矿产业生产的稳定性和安全性；其次机电控制系统的自动化优势则大大减少了煤矿工人入井的次数和人数，减少人工操作的成份；再次机电控制系统的智能化优势大幅度提高了煤矿生产效率。最重要的是机电控制监测监控系统已经成为煤矿生产安全作业的重要保障，可以说煤矿产业的稳定和发展已经离不开机电控制监测监控系统。

事实上机电控制系统已经深入到煤矿产业的开采、挖掘、通风、排水、照明以及其他主要生产环节中。它的作用通过进行一系列的严格安装程序来实现，硬件检查和安装是整个系统安装的基础，是整个系统正常运行的根基，在此基础上进行软件安装并且检验，最后才是硬件、软件结合的系统检验，确保无误后才投入生产过程中使用。使用过程中还要不断根据数据反馈进行各种调试和调整，只有经过这样严格、繁琐而又细致的安装检验过程，机电控制系统才能在煤矿作业出现异常时做出及时的反应，使煤矿企业准确、及时地采取应急防护措施，避免遭受巨大的损失，同时也最大程度保障了广大矿工的生命安全。

我国对煤矿产业的安全生产日趋重视，相关部门也专门制定有关规定来强制要求煤矿企业必须安装监测监控系统，机电控制系统在煤矿产业中的应用也会有更深入和更广泛的研究。纵观全世界机电控制系统的发展前景与潮流，我国紧跟国际的机电一体化研究进程的步伐也在不断加快，相信越来越多的机电控制系统研究成果一定会广泛应用到更多现代化领域中，为各领域的全面发展保驾护航。

参考文献：

[1]李传顺.加强煤礦机电设备技术管理探讨[J].价值工程，2010（33）.

[2]吕春发.煤矿机电设备的维护与维修[J].价值工程，2010（36）.

[3]宋秀华.机电设备运行管理与维修[J].价值工程，2012（36）.

基于模糊控制的恒温控制系统设计 篇4

在日常工业生产当中,恒温控制应用非常广泛。模糊控制技术是通过模仿人的思维方法,运用不确定的模糊信息进行决策以实现最佳的控制效果[1]。模糊控制所关心的是目标而不是精确的数学模型,即研究的是控制器的本身而不是被控对象[2]。因此可以利用特殊的控制媒介,研究控制器本身[3]。本系统以此作为出发点,以单片机为核心控制器,研究模糊控制算法,实现了精确的恒温控制。并设计了单片机与上位机的通信软件,实现了远程温度控制和温度曲线可视化的功能。

1 系统功能和硬件设计

本系统以水温作为测量媒介,以AT89C51单片机作为核心控制器,以AD590温度传感器作为采集器,实现温度的采集、控制、传输、显示的功能。系统采用模糊算法对电热丝的加热时间进行控制,从而达到对水温的控制。同时通过上位机软件可以进行实时控制和显示温度曲线图等,系统框图如图1所示。

1.1 温度采集模块

温度采集模块实现温度信号采集、信号调理、模/数转换的功能。主要以集成温度传感器AD590M为采集主体,经过电压跟随器、差分式减法器、电压放大器、反相器等电路作为信号调理,后输入10位A/D转换器TLC1549进行模/数转换。电路图如图2所示。

AD590是电流型集成温度传感器,具有抗干扰能力强的特点,其输出电流和温度值成正比,且是以绝对温度零度(-273 ℃)为基准,其线性电流输出为[4]1 μA/K,利用10 kΩ的电阻可将电流信号转换为电压信号。本系统的测量范围为0～100 ℃,因此输出电压范围为2.73～3.73 V。为了增大后端电路的阻抗,减小对电流信号的分流,利用电压跟随器作为信号隔离。后输入差分减法器减去2.73 V,并经过5倍电压放大后,对应的输出电压范围为0～5 V。电压信号输入10位逐次比较型模数转换器TLC1549。其参考电压为5 V,则输入电压的分辨率(单位:mV)为:

从而本系统温度采样的理论分辨率为:

由于传感器信号微弱,极易受到外界电磁环境影响,须使用双绞线传输传感器信号。

1.2 人机交互和远程管理模块

系统开发了丰富的人机交互接口,分为本地管理和远程管理,最大程度上简化了操作的复杂度和方便度。在本地端,设有三个功能按键,分别为:设定温度加0.1 ℃、设定温度减0.1 ℃、温度控制开关。两个三位七段数码管,分别显示:设定温度和实时采集温度。

系统通过串口转换芯片MAX232,实现上位机和单片机的通信。上位机作为远程管理端,实现了显示温度变化曲线、显示当前温度、显示设定温度、显示最大正负误差,放大或缩小曲线、保存曲线等功能。

1.3 温度控制和超界报警模块

系统利用单片机控制电热丝在一个加热周期内的加热时间来实现对水温的控制。单片机端口信号经过光耦隔离后,利用三级管驱动电磁继电器的闭合与断开,从而控制加热时间。当温度超过100 ℃或者实时温度变化超过10 ℃时,单片机将驱动蜂鸣器进行长时间报警提示,当设置温度变化超过10 ℃时,蜂鸣器进行短时间报警提示。

2 软件系统设计

系统的控制思路为:根据模糊控制模型和实际应用情况推理出模糊查询表,模糊查询表表示对于不同状态的加温周期时间。单片机根据实时采样温度的变化查取模糊查询表,对加温周期做出调整,从而达到对温度控制的目的。

2.1 主程序

主程序一直处于等待接收串口信号状态,同时判断是否需要发送数据。定时中断每秒对采样温度进行平均值滤波后,置串口发送标志,在主程序中发送。单片机接收到PC信号的第一个字节时,调用接收数据子程序,将剩余数据接收到缓冲区内,并判断接收数据的类型,执行相应操作。

为避免串口干扰信号,系统采用应答模式和单向传输混用的串口通信,以提高通信的稳定性和系统的实时性。上位机下发命令采用应答模式,单片机实时温度信息上传采用单向通信模式。通信协议由包头、命令、数据长度、数据包、校验位组成[5,6]。

2.2 1 ms定时中断程序

1 ms定时中断作为系统的总时钟。每1 ms刷新一位数码管,每10 ms扫描一次按键,每1 s的最后100 ms中,每隔10 ms采样一次温度值,将10次采样值冒泡排序,去掉最大值和最小值后的平均值,作为本次实时采样的最终值送入显示缓冲区。若恒温控制开关打开,则每1 s还要调用恒温控制程序。若报警开关打开,则每1 s取反一次扬声器输出。定时中断返回前将重置看门狗。

2.3 模糊控制模型建立

系统利用了双输入单输出的模糊控制模式。2个输入语言变量E,EC分别表示温度误差和温度误差的变化率,输出语言变量U表示继电器的闭合时间。语言变量E赋8个值,即正小(PS)、正零(PO)、负零(NO),负小(NS),负中(NM),负大(NL),负加大(NXL),负超大(NXXL),考虑到系统中并未设置降温措施,E的赋值并不对称。EC赋7个值,即正大(PL)、正中(PM)、正小(PS)、零(PO)、负小(NS)、负中(NM)、负大(NL)。U赋4个值:零(O)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PL)。为补偿温度控制无超调量,E的量化值为-10～2[7],EC,U的量化值分别为-6～6,0～6。每个值采用三角形隶属函数模型[8],如图3～图5所示。

依靠经验来建立控制规则,但是得到的控制量并是一个模糊量,不能直接用来作为控制输出,采用C语言进行解模糊处理[9],得到模糊查询表,并在测试中反复调整,最终得到模糊查询表如表1所示。

2.4 模糊控制程序

在单片机的程序中,设置了变量TOUT表示恒温控制周期,TSET表示一个恒温控制周期中的加热输出时间,即表中的U。每隔TOUT的时间,将调用模糊推理程序,求出误差E和误差变化率EC。其中:

E=实时采样温度值-设定温度值

EC=当前误差-上次误差

当误差较大时,不必进行模糊控制,只需判断是全速加热或是停止加热。当误差进入预设的控制范围时,量化E,EC,并由量化值查询模糊查询表,得出该周期应该输出的加热时间TSET。

在测试中发现,采用单一的E,EC论域的效果并不让人满意,系统灵敏度较低。考虑加热惯性和高温散热较快的影响,采用了两级控制的方式。在第一级控制中,E和EC的论域范围较大,可快速加热到恒温设定温度附近;此后进入第二级控制,缩小E和EC的论域范围,提高控制的灵敏度。经测试,采用此方式可在各温度层次控制过程中将恒温误差稳定在±0.3 ℃以内。

3 系统实验和误差分析

3.1 传感器零点校准

系统采用电流型温度传感器AD590,同时使用单点调节电路[10]。在理想情况下,在冰水混合物(0 ℃)中并联10 kΩ电阻,输出电压为2.73 V,即为传感器零点。同时为保证系统的精确性,使用单点调节电路进行进一步调节。

3.2 系统实验

利用本系统对自来水进行重复性测试。由于本地气压和水中杂质的影响,当水到达沸点时仍无法到达100 ℃,因此系统的测试范围设定为40～90 ℃。当系统达到温度恒定且停止加温后,随机进行一次静态数据测量;在此后100 min内,每隔5 min进行一次恒温控制数据测量。静态数据如表2所示,恒温控制数据如表3所示,50 ℃恒温控制上位机曲线如图6所示。

由表3可知,系统的静态误差为±0.2 ℃。对表3中每组数据的后10个数据进行标准差计算,结果如表4所示,可知其平均误差小于±0.3 ℃。

4 结 语

该系统以模糊控制算法和单片机设计了一种恒温控制系统。利用单片机作为核心控制器,开发了丰富的友好的人机交互环境:温度变化曲线可视性、远程可控性非常适合工业远程管理要求。其成本低,可扩展性好, 非常容易扩展为多路采集系统;同时采用模糊查询表的方式,提高了系统的移植性。实验表明:本系统能够将水温恒定的控制在40～90 ℃范围内,控制误差小于0.5 ℃,静态误差小于0.2 ℃,可广泛的推广和移植到工业当中。

摘要：为了克服热惯性和高温散热较快的影响,基于模糊控制算法,以单片机为基础设计了一套恒温控制系统,并介绍了硬件组成结构和软件控制方案。实验表明,该系统实现了温度的精确测量和控制,其中静态误差小于0.2℃,恒温控制的标准差小于0.3℃。同时系统还具有响应速度快、性价比高、可移植性强等优点。

关键词：恒温控制,模糊控制,单片机,AD590

参考文献

[1]陈素霞,孙秋萍.应用模糊PID的恒温控制系统的设计[J].现代制造工程,2008(6):83-85.

[2]林景栋,刘苗苗.基于模糊推理算法的燃气热水器恒温控制系统[J].重庆大学学报,2007,30(6):79-82.

[3]王晓磊,田蔚风,曾连荪,等.一种基于Fuzzy_PID的参数自整定恒温控制系统[J].工业仪表与自动化装置,2004(4):19-22.

[4]董学义.用AD590制作高精度数字温度计[J].黑龙江科技信息,2007(21):28.

[5]马忠梅,籍顺心,张凯,等.单片机C语言应用程序设计[M].3版.北京:北京航空航天大学出版社,2005.

[6]杨光,雷志雄.远程维护控制系统串口通信协议研究[J].电子技术,2009(1):64-66.

[7]董瑞洪,梁磊,任旭鹏.温度控制系统的无超调模糊:PID控制器设计[J].科学技术与工程,2009,2(9):268-271.

[8]廉小亲.模糊控制技术[M].北京:中国电力出版社,2003.

[9]周穗华,张小兵,皮汉文.模糊控制中的参数模糊化新方法研究[J].武汉大学学报:理学版,2003,49(3):305-308.

[10]蒋敏兰,胡生清,幸国全.AD590温度传感器的非线性补偿及应用[J].传感器技术,2001,20(10):54-56.

基于门禁系统控制 篇5

基于专家控制系统的发动机入口压力闭环控制方案

液体火箭发动机在地面试验过程中,试车台推进剂供应系统必须保证发动机的入口压力在任务要求的范围内,而目前采用压力继电器控制进气电磁阀来调节入口压力,这种方式调节精度低,响应滞后.根据试车台增压系统的特点和增压系统开环控制数年所积累的经验,提出基于专家控制思想和以孔板矩阵作为执行机构的压力闭环控制方案.该控制方法无需精确的`数学模型,又能按照设定的精度智能调节增压孔板矩阵,使发动机入口压力自动跟随设定值而变化.

作 者：朱丹波 南渭林 薛会建 Zhu Danbo Nan Weilin Xue Huijian 作者单位：西安航天动力试验技术研究所,陕西,西安,710100刊 名：火箭推进英文刊名：JOURNAL OF ROCKET PROPULSION年，卷(期)：200935(3)分类号：V434关键词：液体火箭发动机 入口压力 专家控制 孔板矩阵

基于门禁系统控制 篇6

关键词：爬棚；PLC；智能控制；计算机技术；网络控制技术 文献标识码：A

中图分类号：TP273 文章编号：1009-2374（2016）14-0009-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.005

随着建筑物高度越来越高，为了改变传统脚手架的使用材料多、成本高等缺点，附着式升降脚手架（爬棚）已经广泛应用于各种高层建筑的建设中。但是附着升降脚手架在施工应用中经常会因升降中各机位运行不同步致使架体升降受阻，从而造成机具及架体超载而引发故障。目前市场没有成熟的同步提升控制系统，为此我们开发了一种爬棚智能控制系统，有效保证了棚架升降过程的同步性，同时兼顾安全性、可靠性、操作方便性等特点。

1 爬棚智能控制系统简介

爬棚智能控制系统应用先进的计算机、PLC和网络控制技术，采用通用化和模块化设计，通过对提升重力和位移量的信息采集，经计算机进行综合分析后，实现对多组多榀架手动和自动同步升降智能化控制，并通过友好、简洁的操作界面完成参数设置、故障自动诊断及报警、运行信息监控和历史数据分析功能，为棚架的安全运行提供有效保障。

2 系统硬件组成

2.1 基本原理

爬棚智能控制系统的基本组成单元为“站”，每个“站”可控制两榀，多个“站”构成一组，每组实现自动同步或各榀单独控制。多组构成整个爬棚智能控制系统。

“站”分“主站”和“分站”，每组有且只能有一个“主站”，最多可有9个分站，每组最多可控制20榀。“主站”和“分站”之间通过目前工业自动化领域最流行的“Profibus总线”进行连接。“主站”可连接便携式电脑，实现整组自动或手动运行的智能化监控。系统每组结构框图如图1所示。

2.2 系统组成

2.2.1 主站。主站是整组控制系统的核心，通过它完成与各分站以及与上位机（便携式电脑）之间的数据交换。主站采用西门子的中型PLC（S7-300）CPU314C-2DP控制。它通过Profibus总线电缆连接分站，通过MPI电缆连接上位机。主站还可连接远控操作盒，实现本站或整组的手动和自动控制。主站由一个防护等级为IP66的控制柜组成，控制柜上安装电源和故障指示灯，具有相序、漏电、缺相、过载和短路保护。主站结构示意图如图2所示。

2.2.2 分站。分站采用德国西门子公司微型PLC（S7-200）CPU224控制，它通过Profibus总线电缆与上一个和下一个分站连接，也可连接远控操作盒，实现本站或整组的手动和自动控制。分站由一个防护等级为IP66的控制柜组成，控制柜上安装电源和故障指示灯，具有漏电、过载和短路保护。分站结构示意图如图3所示：

2.2.3 上位机。上位机由一台便携式电脑组成，它通过MPI电缆与主站连接，实现整组运行的实时监控。

3 系统控制流程

爬棚智能控制系统有远控盒操作和电脑操作两种操作方式，而每一种操作都有手动和自动两种运行方式。

以远控盒操作方式为例：将某一站远控操作盒上“手动/自动”钮子开关打向“手动”位置，则只能手动控制本站两榀单独升降；手动方式下，无重量和同步保护；将某一站远控操作盒上“手动/自动”钮子开关打向“自动”位置，则本站可和其他站一起自动动作，通过远控盒上“自动升/降”按钮，可控制本组所有处于“自动”方式的站同时动作；自动方式下，有重量和同步保护，自动方式控制流程图如图4所示：

4 系统软件功能

爬棚智能控制系统的上位机软件通过开物2000组态软件开发，主要由主界面、参数设置界面、监控界面等组成。

4.1 参数设置

参数设置界面可进行本组运行参数、站榀选择和重量设置。参数设置共两幅界面，分别为站榀设置和运行设置。站榀设置用来选择本组所连接的站、榀及所连接榀的设定重量，如图5所示。运行设置用来进行电机方向选择、同步保护是否取消、本组起始榀的工程编号和自动对本组进行预拉紧操作，如图6所示。

4.2 监控界面

监控界面是系统运行中最常使用的界面，通过它完成运行监控和主要操作。监控界面分页头区和信息显示区。页头区中部为一些常用控制按钮，最下部显示本组所连接的站号。常用控制按钮包括故障复位、行程清零、重量称量、自动升降、紧急停止。

信息显示区共有4个分画面，分别为运行情况、报警信息、重量记录曲线和运行数据，其中运行情况以表格的形式显示本组各榀在运行过程中的重量、行程实时数据和运行状态、报警信息，并可通过截面提供的按钮对系统进行控制；运行数据以柱状显示运行过程中的实时重量，以坐标图显示移动距离，微调时须通过“微调”按钮打开微调操作区；报警信息显示系统运行过程中的报警信息，分实时和历史故障：实时故障显示本次运行出现的故障信息，不保存，而历史故障显示本次和以前的故障信息，以便查询，最多可保存300条信息，超过时自动删除最前面信息；重量记录曲线绘制系统每次运行时的重量变化曲线，以方便进行事后数据分析。

5 结语

爬棚智能控制系统通过采用计算机、PLC和网络控制技术，实现对多组多榀棚架升降智能同步控制和超载自动保护，且系统工作稳定、可靠，有效解决了爬棚自动控制方面的难题，保障了棚架的安全运行。

参考文献

[1] 陈斌，金堃，李宏.多传感器数据融合在爬架控制系统中的应用[J].传感器与微系统，2015，（9）.

[2] 冷波.基于Zigbee无线监控的爬架同步荷载自动控制装置[J].自动化应用，2014，（7）.

[3] 宋健.爬架在高层建筑施工中的应用研究[J].黑龙江科技信息，2013，（8）.

[4] 杨光祥.附着升降脚手架同步升降控制方法研究[J].工业建筑，2011，（1）.

[5] 孙焱.浅谈高层建筑施工中整体电动爬架的应用[J].科技信息，2009，（18）.

[6] 张希宏.导轨式爬架在高层建筑施工中的应用[J].山西建筑，2009，（8）.

作者简介：魏志魁（1967-），男，湖南常德人，三一重工股份有限公司中级工程师，研究方向：工程机械控制系统设计。

基于门禁系统控制 篇7

关键词：PLC控制,地感线圈,双向道闸

随着社会的进步和科学技术的发展, 企业对自动化要求也越来越高, 可编程控制器PLC在通用性、灵活性以及可靠性方面具有明显的优势, 特别是在道闸控制方面, PLC控制的道闸具有灵敏度高、性能可靠稳定、维护便捷、故障率低等优点已经逐渐取代了早期的控制系统。

本系统就是接收交通系统中车辆监测器、红外对射探测器等传感器输出信号, 通过PLC控制黄绿信号灯和道闸动作, 达到车辆有序称重的目的。

1 双向道闸控制系统

双向道闸的控制是通过外部数据采集设备反馈的信号, 利用PLC的控制程序, 对道闸的抬杆和落杆做出调整。当车辆行驶至入口道闸时, 感应信号返回至PLC, 进行识别判断, 做出抬杆动作, 并利用红绿灯的显示, 提醒后续车辆此时地磅正在运行当中, 在判断车辆进入地磅后, 控制入口道闸的落杆, 以及称重结束后出口道闸的抬杆的动作实现。如下图1所示:

1.1 双向道闸系统完成功能

1) 车辆驶向地磅时能自动感知, 以便传输车到信息到登记管理员处, 实现道闸抬杆的动作;

2) 车辆在驶入地磅后, 等待大概两秒钟, 以便确定车辆的重量不会再发生改变;

3) 进入道闸自动放下, 等待车辆称重表格打印后, 记录车辆取货或者送货的相关信息, 如遇到后续车辆正欲通过驶入到扎实, 可是控制驶入道闸自动抬杆, 避免造成追尾道闸;

4) 驶出道闸自动抬起时, 检测到车辆已经驶出地磅后, 驶出道闸自动落杆;

5) 地磅道闸控制站顶棚上可以通过红信号灯指示出后续车辆是否需要等待道闸的开放和禁止。

1.2 系统构造及运行方式

整个道闸控制系统分为工作间和外部设施两部分。工作间主要包括的是出入道闸车辆登记、车辆重量的记录、道闸开关的控制等几部分组成, 外部设施分别是地磅道闸控制系统的车辆进入和驶出时的地感线圈感应, 红外对射信号反馈, 进出口的红绿灯显示以及称重设施地磅。

地磅道闸控制系统的运行时自动化进行的, 也可以人为控制, 通过PLC控制道闸的抬杆和落杆。车辆检测与道闸控制系统流程图如下图2所示:

2 PLC程序分析

利用STEP 7编程语言对程序设计进行线性编程, 程序按照线性或者按照顺序执行每条命令, 这种结构的逻辑模型, 具有简单、直接的结构, 所有指令都放置在一个指令块中, 只有一个程序文件。

如图3所示实现车辆压到地感线圈的时候, 道闸指示灯红灯亮, 当得到抬杆信号的时候, 道闸1抬杆, 道闸2不能抬杆。

3 总结

该设计完成了车辆在通过双向道闸系统的PLC控制, 经过对成都某公司集团双向道闸地磅系统以及国内相关系统应用现状的研究分析, 进行了改造设计。在PLC的控制下双向道闸系统能够快速, 有条理的完成工作任务, 既提高了企业的运行效率, 也赢得了用户的好评。

参考文献

[1]杨冠群.道路收费站车辆检测与道闸控制系统[J].上海第二工业大学电子电气工程学院, 2012, 09.

[2]西门子公司.SIMATIC, S7-200, 可编程序控制器系统手册, 2002.

基于门禁系统控制 篇8

离心压缩机以其运行效率高、易损件少、运转平稳、 经济效益好等优点, 在石油化工行业中得到广泛应用, 并且已经成为工艺设备的核心[1]。因此, 一旦压缩机损坏, 将造成巨大损失甚至人员伤亡。

喘振是压缩机本身固有的特性, 是造成压缩机损坏的重要原因之一, 因此, 怎样避免喘振的发生, 得到喘振的最优控制方案, 一直是各控制系统厂家 (Man Turbo的Turbolog DSP系统、Nuovo Pig none公司的UNICOS系统、TRICONEX的ITCC控制系统等[2]) 研究的热点问题, 很多不同的防喘振控制方案也不断涌出[3,4,5]。

本文以某厂70万吨/年烯烃项目为例, 根据其工艺流程, 论述了TRICON控制系统防喘振控制的原理, 实际运行结果表明了该控制方案的有效性。

1压缩机工艺流程及控制系统介绍

1.1压缩机工艺流程

本项目使用汽轮机驱动离心压缩机, 丙烯为介质, 通过压缩、用水冷凝、节流降压蒸发, 达到制冷效果, 提供冷量给低温甲醇系统中的各冷器补偿系统冷量损失[6], 其压缩机部分的工艺流程如图1所示 (埃利奥特组厂家提供) 。

1.2 TRICON控制系统设计

该控制系统的硬件由TRICONEX公司提供的具有三重冗余结构的控制器和工控机组成, 其中, 控制器的输入模件到MP到输出模件完全的三重化, 因此, 其具有超强的诊断、在线维修, 无单点故障等优点, 其结构如图2所示。

控制系统的软件由上位软件TRIEW和下位软件1131组成, 开发系统是其应用程序的集成开发环境。 其中上位软件TRIEW通过OPC与控制器和下位软件进行通信。

TRIEW软件由开发系统和运行两系统部分组成。开发系统和运行系统是各自独立的32位应用程序, 均可单独使用;两个系统又相互依存, 在开发系统中开发的应用程序必须在运行环境中才能运行。开发者在这个环境中完成图形界面的设计、数据库定义、动画链接等。开发系统具有先进完善的图形生成功能;数据库中有多种数据类型, 能合理地抽象控制对象的特性, 对数据的报警、趋势曲线、历史数据记录、安全管理等重要功能有简单的操作办法。利用图形控件功能可以大大减少界面的设计时间, 加快软件的开发进度。1131软件获得TÜV认证的系统支持软件, 其支持函数方块图 (FBD) 、梯形图 (LD) 、结构文本 (ST) 、因果矩阵 (CEM) 语言。具有离线组态编程、离线仿真与监控、在线程序监控、支持在线程序修改等优点。

2 TRICON控制系统的防喘振控制

这套丙烯压缩机控制系统利用TRICON控制系统具有特定功能的独立模块间的相互配合, 确保了防喘阀及时打开, 从而避免喘振的发生由机组厂家提供的PID流程 (见图1) 可知, 该压缩机由3段组成。本文以压缩机一段喘振控制为例, 阐述TRICON控制系统的防喘振控制算法, 其主要根据PID流程及压力、温度、流量传感器测量值和TRICON的功能块实现了防喘振控制。

2.1喘振控制线及操作点的计算

压缩机制造商的喘振曲线转换为以压比和吸入端压力为纵横坐标的图表。这些数值输入到Triconex标准喘振控制算法里, 可确定喘振点。喘振线上增加可调节安全裕度, 产生流量设定点。流量与压力变量可得出操作点, 用来与喘振线做比较TRICON控制系统的通用喘振曲线选取HrPs百分比为横坐标, 选取PdPs为纵坐标, 其利用通用喘振曲线计算控制线和操作点的具体步骤如下:

(1) 首先根据埃利奥特机组厂家提供的孔板流量计规格书、现场温度、压力测量值和TRICON的M_FLOW、 HC_0401功能块计算出补偿后的质量流量百分比, 即操作点。

(2) 根据机组厂家提供的压缩机性能曲线及压力表, 计算出实际的压比和6个喘振点, 将其作为SRGLN01_02功能块的输入从而计算出喘振线和实际压比对应喘振点。

(3) 利用实际操作点、功能块SAFE_MAR功能块和功能块RECAL01_02计算出安全裕度MARGN, 其中RECAL01_02具有校正裕度功能, 每发生一次喘振, 裕度增加2%。

利用步骤 (3) 计算的操作点, 安全裕度和喘振线, 根据以下公式便可计算出实际控制线:

控制线=喘振线+安全裕度

本项目根据压缩机厂家提供的规格书, 对一段喘振参数计算结果如下:

MFLOW_max1 (orifice) = 212 648.8 kg/h;P_fob =117 kg; T_fob=-40.8 ℃

MFLOW_max2 (compress) = 184 712.0 kg/h;P_sb=118 kg ;T_sb=-40.8 ℃

其中变量MFLOW_max 1, P_fob, T_fob M为功能块M_FLOW入口参数;MFLOW_max2, P_sb, T_sb为功能块HC_0401入口参数。

利用上述参数计算的喘振线如图3所示。

2.2防喘振控制器的输出计算

为了更安全、准确地控制防喘振阀, TRICON控制系统利用其特有的独立功能块和3种不同的操作模式对防喘振阀进行控制, 其控制原理如图4所示。

(1) 喘振PID和手动控制

TRICON控制器采用常规的PID算法, 以SP_HOV-ER的输出盘旋点作为喘振PID的设定值, 利用计算出的安全裕度MARGN和优化的PID参数, 实现喘振控制。

喘振PID控制中, 喘振参数的选取尤为重要, TRI-CON控制器利用功能块ADPTV_T对其PID参数进行了优化, 通过实际校验, 本项目ADPTV_T功能块的输入参数选取为NOR_GN=0.1;GN_BK1=0.0;GN_RS1=0.1; GN_BK2=6.0;GN_RS1=0.0。TRICON喘振控制器利用MDRAMP功能块实现喘振的手动控制, 其功能具有快升、快降、慢升及慢降功能, 本项目取快升和快/降按钮为量程的2%, 即每按一次升降按钮, 手动输出增加/减少量程的2%。而慢升和慢降按钮为量程的1%, 即每按一次升降速按钮, 手动输出增加/减少量程的1%, 其操作如图5所示。

(2) 喘振超驰控制

常规PID经常因为较大的过程参数而在喘振将要发生时动作过慢, 为了确保防喘阀及时打开。作为常规PID喘振控制算法的补充, TRICON操作控制器还有喘振超驰功能, 利用功能块SRG_OVD, 对防喘阀实施及时有效的控制。此功能块将会按操作点移动至作用区内的比例来打开防喘阀 (见图6) 。从喘振线到喘振控制线70%处为超驰功能作用区间。当操作点位于此区间左侧, 即喘振线上或向左越过喘振线时, 超驰作用输出为它的最大值, 即防喘阀100%全开。当操作点位于作用区间最右侧时, 超驰作用输出为最小, 即0%, 防喘阀关闭。当操作点位于作用区之间时, 超驰作用按操作点的位置按比例输出控制值。喘振控制器在喘振超驰和喘振PID间进行高选。所以只有在喘振PID动作过慢的时候喘振超驰才会起作用, 此时, 喘振PID的输出结果追踪喘振超驰的输出。

TRICON控制系统利用功能块PID_SRG, PID_SRG, MDRAMP, SRG_OVD的输出, 作为功能块VLV_SEL的输入, 从而计算出喘振控制器的输出, 其根据不同的操作模式, 选择不同的输出值控制防喘振阀, 具体控制器输出如下所述。

(1) 自动模式

Out=max (PID_SRG, SRG_OVD)

(2) 手动模式

Out= MDRAMP

(3) 半自动模式

Out=max (PID_SRG, MDRAMP, SRG_OVD)

利用TRICON防喘振控制算法, 喘振控制器输出计算出之后, 利用TRICON AO输出卡键, 将整形数据转换成4~20 m A信号, 送给喘振阀, 有效地实现防喘振控制。

3结语

针对某厂70万吨/年烯烃项目, 利用TRIEW软件和TRICON独有防喘振控制软件包, 设计一套压缩机防喘振控制系统。为使复杂算法产生的程序错误率更低、更易进行错误诊断且更易理解, 在防喘振控制程序中, Tri-conex控制系统使用了具有特定功能若干独立模块对防喘阀进行控制, 实际的运行数据及结果表明了该系统不但降低了运行成本, 而且具有更好的可靠性和实时性。

参考文献

[1]贺代芳.离心压缩机的防喘振控制[J].化工自动化及仪表, 2011 (3) :90-92.

[2]何谦, 马志勇.离心压缩机的防喘振控制[J].泸天化科技, 2005 (7) :6-9.

[3]褚菲, 王福利, 王小刚, 等.建多级离心压缩机防喘模型与防喘控制策略[J]控制与决策, 2013, 28 (3) :439-444.

[4]沙宇.空气压缩机防喘振优化控制系统设计[J].电子世界, 2013 (7) :19-21.

[5]王飞.基于压缩机喘振与3C防喘振控制器在空压机上的设计策略[J].工业仪表与自动化装置, 2013 (3) :77-80.

基于门禁系统控制 篇9

加料装置正向高精度、高性能方向发展, 加料系统日益走向复杂化、精确化, 加料生产中的过程控制、管理和决策任务越来越繁重, 因此, 加料装置自动化是很多动力设备非常重要的组成部分。现有的加料装置完全是按照经验设定的曲线来进行控制, 容易造成资源浪费。加料装置的物理特征很难用绝对精确的数学模型建立, 因而传统闭环控制只适用于十分简单且偏差变化慢的控制系统。一般控制系统开始的不稳定性十分强烈, 传统控制稳定性受到外界影响变化剧烈, 影响加料装置控制系统精度。复杂的控制系统不易建立, 且控制参数不好选择, 跟不上时代潮流。因此, 需要在加料器控制系统中加入新的控制算法改良控制的稳定性和精度[1,2,3]。

模糊逻辑控制 (Fuzzy Logic Control) 简称模糊控制 (Fuzzy Control) , 它是一门应用非确定语言来进行实际控制的学科, 它应用模糊的语言变量、模糊的集合及模糊逻辑来实现人的模糊思考的方式, 以便于对那些无法应用准确的语言变量、集合及数学模型的对象和发展过程来准确控制[4]。模糊控制具有如下特点: (1) 使用简单, 不需要用繁杂的数学计算出程序方程式; (2) 与传统的控制方法相比, 模糊控制系统依赖于行为语言规则, 使人类更容易理解掌握; (3) 开始是处理不确定的集合理论, 结果则是明确的语言规则。

1 模糊控制基本原理

模糊控制系统是一种自动控制系统, 它是以模糊数学、模糊语言形式以及模糊逻辑理论为基础, 采用计算机控制技术构成的一种具有闭环结构的数字控制系统。在控制原理上它应用模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理的知识, 模拟人的模糊思维方法, 对复杂过程进行控制[5]。

模糊控制器是模糊系统的主要研究对象, 一个模糊控制系统的性能好坏, 主要取决于模糊控制器的结构、所采用的模糊规则、合成推理算法及模糊决策的方法等因素。模糊逻辑控制的基本结构如图1所示。

模糊控制器由以下五部分组成:

(1) 模糊化。其作用就是将确定的实数输入量转换为模糊量, 即模糊集合及其相应的隶属度。同样的理由, 设模糊控制器的一个输出为;

(2) 数据库。存放所有确定值的地方;

(3) 规则库。它是基于专家和工作人员的了解, 按人的理解表述结果。

(4) 推理机。选择合适的规则然后推出相关信息的结果。

(5) 解模糊化。通过各种解模糊的公式把开始的模糊值, 即不能直接用来作为被控对象的控制量, 将其转换成一个可以被执行机构所实现的精确量。

2 控制系统设备选型

2.1 I/O模块的选型

根据系统要求, 选择的I/O模块如下:

(1) DI模块:X20DI4371。X20数字量输入模块, 4个输入量, 24 VDC, 漏式, 可配置的输入滤波, 3线连接技术。

(2) DO模块:X20DO6322。X20数字量输出模块, 6个输出, 24VDC, 0.5A, 源式, 2线连接技术。

(3) AI模块:X20AI2622。X20模拟量输入模块, 2个输入, ±10V/0-20m A/4-20m A, 12-bit分辨率, 可配置的输入滤波。

(4) AO模块:X20AO4622。X20模拟量输出模块, 4路输出端, ±10V/0 to 20m A, 12-bit分辨率。

2.2 中央处理器 (CPU) 的选型

X20系统模块是三位一体, 即模块分为三个部分:总线模块、电子模块、端子模块, 并可带电热插拔。每个X20最多有12个接口, 具有智能控制器和I/O系统。模块间的通信通过X2XLink分布式底板, 其设计为用户使用提供了极大的灵活性。本地I/O和远程I/O无需昂贵的总线模块, 使用者可以决定其性能和拓扑结构。系统终端使用完全集成的和直接插入连接器系统, 其安装简单, 无需专用工具, 可实现快速安装。其模块结构尺寸为12.5mm×99mm×75mm, 可见其结构非常紧凑, 为应用提供了极大方便。

选择CPU模块:X20CP0292。X20 CPU, 紧凑型CPUμP 25, 750 KByte SRAM, 3.4 MB Flash PROM, 紧凑型CPU底座上集成RS232/CAN接口, 1个Ethernet接口 (100 Base-T) 。

2.3 电源模块的选型

选择电源模块的大小和确定其位置可以依据以下原则:电源模块的大小根据所有模块的总的耗电量来确定;电源模块可以安装在I/O总线的任意地方。但通常I/O总线的最右端安装一个电源模块;电源模块不能直接与耗电量大的模块直接相连, 这样电源模块会发热。

根据上述原则, 选择的电源模块:X20PS9500。该电源模块为紧凑型CPU、总线型CPU、内部I/O、X2X Link供电的电源模块。

3 控制系统设计方案

3.1 控制系统概述

加料装置控制系统工作原理如图2所示。

(1) 产量给定值:系统给定。

(2) 反馈量:实际产量值 (当前产量值) , 可通过对加料罐重量历史值进行处理得到。

(3) 偏差Δ:产量给定值与当前产量值之差。

(4) 控制器:可采用PID控制, 也可根据系统偏差及偏差的变化量由模糊控制算法求得控制量, 以控制直流伺服电机的转速。

(5) 控制对象:直流伺服电机用于控制加料罐给料器的转速, 转速越大, 出料越多, 通过称重装置可测量加料罐的当前重量。

(6) 称重数据处理模块:为软件数据处理模块, 目的是根据加料罐历史重量值计算出当前的产量值。

3.2 系统的重量检测

系统的重量检测流程如图3所示。

(1) 当前重量检测:每100ms读取一次重量传感器的值并记录, 每1s记录10个数值, 按照数字滤波算法求取为当前重量值。

(2) 当前产量计算:按上述方法每1s可求出一个重量检测值, 记录前30个历史数据, 用30s前的重量值减去当前重量值, 再除以时间间隔 (30s) , 即可求得当前产量值。

(3) 产量值设定:由上位机组态软件设定, 范围为6~18kg/h, 程序中使用的单位为g/s, 所以需作单位变换;同时设定给定缩放因子, 取值范围为0.99~1.01。最终的产量值为设定值与给定缩放因子之乘积, 单位为g/s。

(4) 误差限设置:在控制算法上设置了两个误差限:误差限1 (±0.01, ±1%) 和误差限2 (±0.01, ±1%) 。对于设定产量值较大的, 两个误差限可设定为实际值+0.1和-0.1。

(5) 最大、最小重量值检测:系统需要设定最大、最小重量值, 即加料过程物料的上、下限。在操作界面中设有相应的指示灯, 当重量值大于上限值或小于下限值时, 相应指示灯亮。同时当下限指示灯亮时, 系统进行补料控制。

(6) 系统补料控制:如果系统当前重量值小于系统最小重量值超过一定时间 (设为5s) , 系统进入补料状态。补料状态时, 打开补料阀, 电机工作于恒速下, 50s后系统结束补料状态, 自动进入正常加料过程。

3.3 系统电机转速计算

系统电机转速计算流程图如图4所示。

(1) 方法:每100ms读取一次高速计数器的值, 并记录, 每1s记录10个数值, 计算平均值作为当前电机转速值。

(2) 电机初始转速设定:当产量为12kg/h时, 电机初始速度设为7200 (数字量输出AO模块) 。设产量设定值每增加1kg时, 电机初始速度增加200 (数字量) ;而产量设定值每减少1kg时, 电机初始速度减少200 (数字量) 。

(3) 电机速度控制量计算:由产量给定值与反馈值之差求得系统的偏差及偏差的变化量, 根据控制算法求出电机的速度控制量。

(4) 补料控制过程中电机转速的计算:记录系统自动加料过程中, 满足系统误差允许的最近的10个数据, 取其平均值作为补料过程中电机转速值。

4 结束语

我国的加料装置, 经过多年的改进有了一定基础, 已经可以独立生产多种物料的加料装置, 且有一定的精度和稳定性。但是同种机型与国外同类机型相比稳定性和精度仍落后, 主要是由于我们国家对加料装置还停留在传统控制算法中, 没有在工程中加入先进算法等多种控制算法。传统控制理论主要解决简单且陈旧模式的加料装置控制问题, 对于比较复杂的加料装置控制问题, 精确的数学方程就很难解决。针对上述问题, 本文研究了基于模糊控制的加料装置控制系统。模糊控制无论在理论上和实用上都是一门很新颖的科学, 正处于不断发展和完善的进程之中, 相信在不久的将来, 随着理论算法研究的进步和完善以及与实际生产的进一步结合, 先进算法将在工业控制中发挥作用, 展现出广阔的应用前景。

参考文献

[1]王树青.工业过程控制工程[M].北京:化学工业出版社, 2003.

[2]崔彩芬, 刘建民, 赵晋征.液态稳定剂的自动加料装置[J].河北工业科技, 2004, 21 (5) :43-44.

[3]易传云, 熊烽, 杜润生.轻质微细物料自动加料装置的设计[J].起重运输机械, 2002 (1) .

[4]胡志华, 杨屹, 周玉军.基于模糊神经网络优化的板料冲压CAD/CAE集成系统[J].锻压装备与制造技术, 2006, 41 (1) :100-103.

基于门禁系统控制 篇10

1 烟丝加香系统自动控制原理及存在的问题

烟丝加香系统控制原理如图1所示。下位机处理由加香前电子秤采集传输来的瞬时流量信号、脉冲信号, 并根据生产设定的加香比例运算出加香理论值SP, 再通过对电磁流量计的瞬时流量信号、脉冲信号处理得出实时跟踪值, 经过PID调节, 数字模拟转换, 输出电流信号给变频器进而控制加香泵转速, 实现烟丝流量按比例加香的目的。

该加香控制模式是按照单批次5000kg投料生产的要求进行设计的, 加入了料头、料尾的补偿程序, 并在加香过程中加入了调差程序, 在实际运行中, 按照单批次5000kg投料基本可以满足《卷烟工艺规范》中≤0.5%的总体加香精度要求。但是, 随着柔性加工工艺理念的深入以及精准控制的更高要求, 在订单式生产模式下, 如果出现连续多批次投料量、投料配方变化, 则会导致加香程序与过料状态在短时间内不同步, 使瞬时加香精度不符合标准要求, 总体加香精度有所下降。表1为2014年3~5月, 在同品牌同规格产品批次投料量发生较大变化时, 批次平均加香瞬时精度和总体精度的情况。

可以看出, 以5000kg做为批次投料时, 瞬时精度和总体精度均可以满足南阳卷烟厂工艺要求;但当投料量调整为10000kg时, 瞬时精度超标严重, 批次合格率较低。

2 影响烟丝加香精度的因素

影响加香精度有偶然误差和系统误差。香精搅拌、料罐储存、管路输送、料液泵现场跟踪加香配比、剩余香料回吹、管路清洗中任何环节都可能影响到加香系统的精度, 特别是操作方法不当、设备误动作、管路损耗、香精料液颗粒沉淀等, 都属于偶然误差。偶然原因产生的精度波动是可以控制的。

系统误差是系统检测、信号传输、信号运算处理等产生的, 系统误差一般是恒定的, 对于系统误差, 应该从信号检测开始入手, 如果电子秤、流量计等仪器仪表的稳定性和计量误差都在正常状态, 则必须对加香系统的控制进行改进。

3 基于PID控制的烟丝加香工序专家控制系统的设计

基于PID进行控制系统优化在卷烟厂含水率控制方面已有应用[4,5], 而专家控制系统 (ECS) 同样广泛应用于故障诊断、工业设计和过程控制, 是实现工业过程控制的重要技术。采用专家控制系统与PID控制相结合提高过程控制能力的做法已在许多行业得到应用[6,7]。

对南阳卷烟厂烟丝加香工序的试验对比发现:在烟丝流量瞬时变化时, PID调节较为缓慢, 导致瞬时精度下降, 最终造成总体加香精度也有下降趋势或处于临界点。为保证加香的均匀性和高精度, 决定在原有控制系统的基础上, 引入模糊控制的理论, 建立加香工序专家控制系统。其基本原理:在原有PID控制回路的基础上, 以模糊控制理论为基础, 通过对原始数据的分析, 寻找烟丝瞬时流量变化速度与PID控制参数设定之间的关系, 将流量变化曲线与PID控制曲线进行对比。

南阳卷烟厂改造后加香控制系统原理如图2所示。在原有PID控制的基础上, 增加嵌套累计流量控制PID控制, 并建立数据缓冲区, 将流量数据进行分段, 在分段内寻找出最佳PID控制参数值, 通过修改PID参数从而达到快速调整的目的, 从而寻找出两者之间的对应关系, 随后设置PID参数随流量变化的对应表 (见图3) , 并将其程序化, 从而建立专家控制系统, 实现根据烟丝流量的变换自动跟踪、调整PID控制参数, 达到提高加香瞬时精度和总体精度的目的。

烟丝加香系统底层程序片段1、2、3分别如图4、图5、图6所示。

为便于参数的调整和后期数据的维护, 在香料厨房上层控制系统建立了专家控制系统参数调整平台 (见图7) , 实现了人机对话。

4 改进效果

加香工序专家控制系统建立后, 投入实际运行。表2为2014年8~10月, 在同品牌同规格产品批次投料量发生较大变化时, 批次平均加香瞬时精度和总体精度的情况。

可见相对于改进前瞬时精度和总体精度均有明显提高:以5000kg为批次投料量时, 烟丝加香瞬时精度误差由0.85%下降到0.66%, 总体精度误差由0.25%下降到0.19%;以10000kg为批次投料量时, 烟丝加香瞬时精度误差由1.74%下降到0.59%, 批次合格率达100%。加香控制系统的改进运行良好、有效。

参考文献

[1]国家烟草专卖局.卷烟工艺规范[M].北京:中央文献出版社, 2003

[2]于宏晓, 徐海涛, 马强, 等.电子鼻气味指纹数据对烟丝加香质量的评价[J].中国烟草科学, 2010, 31 (9) :63-66

[3]陈良元.卷烟生产工艺技术[M].郑州:河南科学技术出版社, 2002

[4]杨燕平, 叶正国, 李斌.润叶加料工序含水率控制及相关算法研究[J].烟草科技, 2011, (9) :20-23

[5]郭奔, 朱辉平, 李汉莹, 等.级联型PID系统在加料含水率控制上的应用[J].烟草科技, 2011, (12) :20-23

[6]陆则坚, 陆蒸, 林启训, 等.气调干制技术与实验设备研究[J].农业工程学报, 2001, 17 (6) :111-114

基于数据手套的遥控小车控制系统 篇11

摘要：针对目前智能小车主要采用手柄、键盘等方式实现遥控操作而存在功能单一、携带不便、操控不直观等缺点，提出采用数据手套实现智能小车的遥控操作，取得了良好的控制效果。介绍该系统的总体结构与基本工作原理，阐述采用数据手套实现智能小车遥控的具体设计方法，并研制出样机对其控制效果进行实验验证，结果表明：该控制系统能满足智能小车的各项控制要求，具有较好的应用价值。

关键词：智能遥控小车；数据手套；控制系统；样机实验

中图分类号：TP273文献标识码：A

Abstract：Nowadays， intelligent remote control cars are mainly controlled by using hand shank or keyboard， which is inconvenient and inflexible. In this paper， the data gloves were proposed to solve the problem， and desirable experimental results were obtained. The principle and the structure of the data glove were introduced. The design method was explained in detail and verified by experimental test. The results show that the design can meet the requirements of remote control cars and has application value.

Key words：intelligent remote control car； data glove； control system； prototype development

1引言

目前，智能遥控小车主要采用遥控手柄、键盘等方式实现遥控操作，这些操作方式虽已获得实际应用，但均存在不同程度的缺点，如遥控手柄能实现的功能较简单，缺乏完善的功能选择与参数设置功能，而键盘则存在携带不便、操控不直观等缺点[1-3]。为克服上述方式存在的不足，提出采用数据手套实现对智能小车进行遥控操作[4]，取得了较好的控制效果。文中介绍了该控制系统的总体结构与基本工作原理，阐述了采用数据手套实现智能小车遥控的具体设计方法，并研制出实验样机对其控制效果进行了实验验证，结果证明了该控制系统的有效性。

2系统结构及基本工作原理

基于数据手套的智能遥控小车控制系统总体结构如图1所示[3， 5-8]。该控制系统包括右数据手套、左数据手套及智能小车控制器三部分，其中右数据手套主要用于小车控制模式选择、参数设置以及小车运动方向的实时控制，左数据手套主要用于配合右数据手套进行控制参数设置以及控制参数与小车运动状态的实时显示，小车控制器则通过接收右数据手套发出的控制指令对小车的运动状态进行实时控制等，各部分基本原理简要介绍如下。

2.1右数据手套基本工作原理

右数据手套的基本构成参见图1，其结构示意图如图2所示。图中序号1-9分别表示：微控制器Ⅰ、方位传感器Ⅰ、无线通信模块Ⅰ、拇指指套、食指指套、中指指套、无名指套、小指指套及直流稳压电源Ⅰ。

该数据手套的各指尖采用金属指套，其中拇指指套与直流稳压电源Ⅰ相连，其余四指指套分别与微控制器Ⅰ的I/O口相连，当拇指指套分别与其它手指指套接触时，不同的接触组合会使微控制器Ⅰ接收到不同的接触信号，微控制器Ⅰ根据采集到的手指接触信号实现对小车控制模式的选择与参数设置，同时微控制器Ⅰ还通过其方位传感器Ⅰ来获得操作者的手势信号，并根据该手势信号实现对小车运动方向的实时控制。

2.2左数据手套基本工作原理

左数据手套的基本构成参见图1，其基本结构及与右数据手套的操作示意图如图3所示。图中序号10-14分别表示左数据手套的微控制器Ⅱ、无线通信模块Ⅱ、显示模块、金属膜操作区及直流稳压电源Ⅱ。该数据手套的基本工作原理是：微控制器Ⅱ通过无线通信模块Ⅱ接收右数据手套发送的控制参数及小车控制器发送的小车运动状态信息，并将相关数据信息通过其显示模块予以显示；其中金属膜操作区主要用于配合右数据手套的手指接触操作，即当右数据手套的拇指接触于该金属膜操作区时，其它四指指套只要点击该金属膜操作区，就可实现相应的手指接触操作。

2.3小车控制器基本工作原理

小车控制器的基本构成如图1所示。该控制器包括微控制器Ⅲ、驱动模块、速度传感器、方位传感器Ⅲ、无线通信模块Ⅲ及直流稳压电源Ⅲ。其基本工作原理是：微控制器Ⅲ通过无线通信模块Ⅲ接收右数据手套发出的控制指令，同时采集其方位传感器与速度传感器的反馈信号，经相关运算处理后输出相应的控制信号使小车的实际运动速度和方向与相应的设定值保持一致，从而实现对小车运动状态进行有效控制的目的；同时微控制器Ⅲ还将采集的各传感器的反馈信号经无线通信模块Ⅲ反馈给左数据手套，以实现对小车运动状态的实时显示等。

3手势采集原理

如上所述，右数据手套的拇指指套与直流稳压电源Ⅰ相连，其余四指指套分别与微控制器Ⅰ的I/O口相连，各手指指套分配的I/O口情况如表1所示。

当四指指套分别与拇指指套接触时，微控制器Ⅰ对应的I/O口会收到一高电平信号。如图4所示为手指接触操作示意图，其中图4（a）为中指、无名指及小指同时与拇指的接触操作，则微控制器Ⅰ的P3.3、P3.4和P3.5口会检测到高电平信号；图4（b）为无名指与小指同时与拇指的接触操作，则微控制器Ⅰ的P3.4和P3.5口会检测到高电平信号等。手指间不同的接触组合代表不同的操作模式或设置不同的参数，其基本组合如表2所示，表中手掌平放和手掌竖起由微控制器Ⅰ通过方位传感器采集手掌方位信息予以识别，微控制器Ⅰ即根据采集到的不同手指接触信号实现小车控制模式选择与参数设置。

4系统控制软件设计

系统控制软件包括右数据手套、左数据手套及小车控制器控制软件三部分，各部分控制软件的基本功能分别简要介绍如下：

4.1右数据手套控制软件设计

右数据手套控制软件流程如图5所示。如上所述，该数据手套主要用于对小车进行控制模式选择与参数设置，以及对小车的运动方向进行实时控制等。其中控制模式包括自动模式和手动模式，自动模式用模式1表示，手动模式用模式2表示；自动模式指小车可按预先设置的控制参数自动运动，其基本原理是：选择模式1后系统进入参数设置界面，需设置的参数包括小车运动速度、方向及距离，所设参数可由左数据手套的液晶显示器予以显示，当参数设置完并确认后，微控制器Ⅰ即将所设置的参数发送给小车控制器，小车控制器根据接收到的控制参数对小车的运动状态进行自动控制；而手动模式指小车的运动方向由右数据手套实时采集右手手势信号进行控制，即微控制器Ⅰ通过其方位传感器Ⅰ实时采集右手手势信号，并将该信号发送给小车控制器以对小车的运动方向进行实时控制，而小车的运动速度可预先设定，运动距离不受限制。

4.2左数据手套控制软件设计

左数据手套控制软件流程如图6所示。如上所述，该数据手套主要用于显示右数据手套设置的控制参数及小车的运动状态信息。其基本工作原理是：开机后，其显示器首先进入模式选择界面，如选模式1（即自动模式），则接着显示右数据手套设置的控制参数，包括小车的运动速度、方向及距离，参数设置完后如收到右数据手套发送的参数确认信号，则左数据手套将开始接收小车控制器发送的小车运动状态信息，包括实际运动速度、方向和距离，并将接收的信息通过其显示器予以显示；如选模式2（即手动模式），则显示器只显示小车的运动状态信息，同样包括实际运动速度、方向和距离。如接收到操作完成信号，则显示器返回到模式选择界面。

4.3小车控制器控制软件设计

小车控制器控制软件流程如图7所示。其基本工作原理是：系统开机后，控制器首先接收控制模式参数并进行判断，若为模式1（即自动模式），则接着接收右数据手套发送的小车运动速度、方向和距离等控制参数，并根据控制参数向小车执行机构发出相应的控制指令，使小车按控制参数的要求自动运行，同时小车控制器还将小车的运动状态信息即实际速度、方向和距离发送给左数据手套予以显示，当小车的运动距离达到设定值时，小车停止运动；如果为模式2（手动模式），则小车控制器首先接收小车运动速度参数，接着接收右数据手套发送的小车运动方向信号（该信号由右数据手套的方位传感器实时采集操作者的手势而获得），并根据上述速度参数和方向信号向小车执行机构发出控制指令，使小车按操作者的手势确定的方向以指定速度运行，手动模式下的运动距离不受限制，可由操作者随时发出控制指令予以停车；在手动模式下，小车控制器同样将小车的运动状态信息即速度、方向和距离发送给左数据手套予以显示。

5样机实验

5.1样机研制

根据上述系统设计方案，研制出相应的实验样机，如图8所示。其中图8（a）、（b）、（c）分别为右数据手套、左数据手套及智能遥控小车实物照片。样机中各微控制器均采用STC公司型号为STC89C52RC的单片机[10，11]，右数据手套中的方位传感器Ⅰ选用InvenSense公司的MPU6050型传感器[12]，小车控制器中的方位传感器Ⅲ采用基于HMC1022磁阻传感器的电子罗盘模块[13， 14]等。

5.2样机实验

针对研制的实验样机，进行了相应的性能实验，部分实验图片分别如图9-11所示。其中：

图9为左数据手套显示器显示的模式选择界面。通过右数据手套输入数字1或2，即可选择自动模式或手动模式。

图10所示为自动模式控制参数设置界面。在图9所示模式选择界面输入数字1，即进入该参数设置界面，该界面实时显示右数据手套设置的控制参数，包括运动速度、角度和路程。其中运动速度分8个档位，每个档位代表不同的运动速度；角度以正北方向为参考方向，表示小车实际运动方向偏离该参考方向的角度，单位为度（°）；路程表示小车的运动距离，单位：厘米。通过该界面最多可同时设置3组参数，每组参数为一条执行指令，即小车如按第1组参数确定的指令执行完后，则自动执行第2组参数对应的指令，然后第3组，待3组参数对应的指令全部执行完毕，则系统回到模式选择界面。

图11所示为小车运行状态显示界面。图中第1行显示的为小车当前运动速度，第2行为小车运动方向相对于参考方向的偏转角度，第3行为小车已行驶的距离。

6结论

针对目前智能遥控小车主要采用遥控手柄、键盘等方式实现遥控操作存在的不足，提出采用数据手套实现对智能小车进行遥控操作。文中介绍了系统的基本结构与工作原理，阐述了采用数据手套实现小车遥控操作的具体设计方法，并研制出实验样机对所设计的控制系统进行实验验证，结果表明：该控制系统能实现智能遥控小车确定的各项控制要求，具有较好的应用价值。

参考文献

[1]ZHAI S M，KRISTENSSONL P O. The word- gesture keyboard： reimagining keyboard interaction[J]. Communications of the ACM， 2012， 55（9）： 91-101.

[2]申蔚. 虚拟现实技术[M]. 北京： 清华大学出版社，2009.

[3]张俊杰， 李世其， 熊友军. 基于数据手套的机械手控制技术应用[J]. 计算机应用研究， 2006， （7）： 170-171，175.

[4]王家顺， 王田苗， 魏军， 等. 一种面向遥操作的新型数据手套研制[J]. 机器人， 2000， 22（3）： 201-206.

[5]董玉华， 孙炎辉， 徐国凯， 等. 基于ZigBee 和加速度传感器的手势识别研究[J]. 传感技术学报， 2013， 26（7）： 961-965.

[6]高龙琴， 王爱民， 黄惟一， 等. 基于18-传感器数据手套手部交互模型的建立[J]. 传感技术学报， 2007， 20（3）： 523-527.

[7]郑江海， 林钧峰， 陈育群. 基于AT89C51 PWM驱动电路遥控小车的研究[J]. 长春工业大学学报：自然科学版， 2008，29（5）： 556-561.

[8]黄建能， 杨光杰. 无线遥控小车[J]. 现代电子技术， 2012， 35（23）： 126-128， 131.

[9]申忠宇， 郑启文， 王川， 等. 无线通信网络的多智能小车编队控制系统[J]. 东南大学学报：自然科学版，2013，43（1）：18-21.

[10]李忠虎， 王庆宪. 基于CH375和STC89C52RC的无纸记录仪数据存储模块[J]. 仪表技术与传感器，2013，（9）：47-48.

[11]何谦， 吴有杏， 李仁龙. 扩频多目标信号动态模拟系统的设计与实现[J]. 计算机测量与控制， 2014，22（6）：1908-1911.

[12]谷丽华， 崔畅， 高松巍， 等. 基于MPU-6050的步态信号采集系统[J]. 沈阳工业大学学报，2015，37（2）：176-182.

[13]王丽颖， 支炜， 孙红霞， 等. 基于HMC1022磁阻传感器的数字电子罗盘的设计与实现[J].电子测量技术，2009， 32（1）：108-111.

基于门禁系统控制 篇12

关键词：电动舵机,PMSM,DSP,ADRC

0引言

传统的液压舵机和气动舵机结构较为复杂, 重量较大, 并且这两类舵机不能和飞行控制系统使用同一类能源, 增加了设计难度, 不易实现余度控制。 电动舵机的结构简单、体积较小、质量较轻和便于维修, 因此得到了广泛的应用[1]。

电机是电动舵机的重要组成部分, 其性能优劣决定了舵机的控制性能。 与传统的励磁电机相比, 永磁电机有很多优点。 方波无刷直流电机 (BLDC) 和正弦波永磁同步电机 (PMSM) 是应用最多的永磁同步电机[2,3]。 二者相比, PMSM效率更高, 具有较小的转矩脉动和更宽的调速范围。

设计基于DSP+FPGA技术的, 具有高集成度、高可靠性的, 尤其是大电流的PMSM控制系统是该领域的一个发展方向和挑战。

制约电动舵机系统性能的主要因素是铰链力矩及机械摩擦。 传统的PID方法难以解决这个问题, 而自抗扰控制可以很好地解决力矩扰动问题。 自抗扰控制器 (ADRC) 由跟踪微分器、扩展状态观测器和非线性状态误差反馈控制律组成[4,5,6]。

针对电动舵机中铰链力矩产生的干扰, 设计自抗扰控制器, 进行仿真研究, 并介绍基于DSP+FPGA的PMSM控制系统的结构设计。

1基于ADRC的电动舵机的位置控制器

ADRC控制器结构如图1所示。

与传统PID控制器相比, ADRC中的微分有抑制 “噪声”的作用而不是放大“噪声”。 图1中, TD为 θ* 安排过渡过程, 得到光滑的输入信号z11, 并给出其微分信号z12, 使得系统响应迅速而且超调量小;ESO对控制对象进行估计, 不仅能得到各个状态变量的估计, 而且能得到系统内外扰动w (t) (负载扰动) 的估计z23; NLSEF的作用, 是实现对扰动的补偿, 并实现 “小误差大增益;大误差小增益”的非线性控制[7,8,9,10,11], 提高位置伺服系统的控制性能。

永磁同步电机伺服系统结构如图2所示, 外环为位置环, 内环为电流环。 电流环采用两路PI调节器。

2仿真分析

在Matlab/Simulink环境下进行仿真分析。 仿真参数:采样时间h=0.01;速度因子r=40;TD的滤波因子h0=0.05;b01=300、b02=240、b03=300;b0=5、b1=8、b2=3; a0= 0.5 、 a1= 0.5 、 a2= 0.25 ; 极对数Pn= 4 ; 转动惯量J = 0.012kg·m2。

负载力矩TL=sin (9.95ωt) , 位置指令 θ*=1·sin (10t) , 位置跟踪曲线如图3所示, 可以看出, 位置跟踪精确, 系统动态性能很好。 ADRC扩张状态观测器观测出的负载扰动基本接近真实值, 如图4所示。

3基于DSP+FPGA的控制系统及实验验证

舵机伺服控制系统由嵌入式数据处理系统、伺服驱动控制电路、时序指令输入电路、开关量输入电路及电源模块等组成。 硬件包括控制板、电源板、 检测板和功率板。 控制板通过通信芯片1553B接收系统的控制命令, 并传输给FPGA, 同时FPGA读取旋转变压器的信号, 处理以后传送给DSP芯片。 DSP芯片对检测回来的状态、 转速以及位置等信号进行处理, 实现控制算法及控制逻辑, 并输出控制量;电源板将主电源进行滤波和电压转换后, 提供给控制板及功率板; 功率板接收控制板的控制命令, 检测电流信号, 实现功率放大及输出, 并对功率器件进行信号检测。 系统控制功能模块如图5所示。

4Nm负载条件下, 输入频率为10Hz正弦曲线, n= 5·sin62.8t, 通过D/A同时输出指令和速度反馈曲线, 输入指令波形和输出反馈波形对比如图6所示。 可以看出, 位置跟踪准确, 曲线基本重合, ADRC对扰动力矩进行补偿, 消除了对系统产生的影响。

在4Nm负载条件下, 10°阶跃响应曲线如图7所示。 可以看出, 系统上升时间短, 超调量小, 调节时间短, 稳态精度高。

4结语

实验结果表明, 自抗扰控制器应用于舵机实物平台取得了很好的控制效果。 自抗扰控制器在稳态过程中明显起到了克服负载干扰力矩的作用。 自抗扰控制器实时补偿了舵机轴上负载转矩干扰的影响, 增强了系统的抗外扰能力。

参考文献

[1]杨君君.一种基于无刷电机的数字化舵机系统研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2011

[2]魏燊.舵机模拟负载的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学, 2013

[3]檀盼龙.基于DSP的永磁同步电机驱动器的研究[D].天津:天津理工大学, 2013

[4]李阁强, 赵克定, 曹建, 等.微力矩导弹舵机负载模拟器的理论研究[J].中国惯性技术学报, 2005, 13:54-57

[5]刘洁.自抗扰控制器在高性能异步电机控制系统中的应用[D].天津:天津大学, 2003

[6]韩京清.从PID技术到“自抗扰控制技术”[J].控制工程, 2002, 9 (3) :13-18

[7]张瑞成, 童朝南.基于自抗扰控制技术的轧机主传动系统机电振动控制[J].北京科技大学学报, 2006, 28:978-984

[8]孙凯, 许镇琳, 盖廓, 等.基于自抗扰控制器的永磁同步电机位置伺服系统[J].中国电机工程学报, 2007, 27 (15) :43-46

[9]夏长亮, 李正军, 杨荣, 等.基于自抗扰控制器的无刷直流电机控制系统[J].中国电机工程学报, 2005, 25 (2) :82-86

[10]王江, 李韬, 曾启明, 等.基于观测器的永磁同步电动机微分代数非线性控制[J].中国电机工程学报, 2005, 25 (2) :87-92