第27卷第10期實(shí)驗(yàn)室研究與探索Vol.27 No. 102008年10月RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORYOct. 2008設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)彭秀艷，王顯峰， 秦亮亮(哈爾濱工程大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001)摘要:對(duì)目前使用比較廣泛的SKJ-PCI型數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行了重新開(kāi)發(fā),增加了各種綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。改造后系統(tǒng)為學(xué)生提供了簡(jiǎn)捷方便的接口,使學(xué)生自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的控制算法能方便嵌入系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)如模糊控制和最小拍控制等。同時(shí)改造后系統(tǒng)提供了大量的幫助文檔,使學(xué)生使用起來(lái)方便,快捷。文章在對(duì)原系統(tǒng)的不足進(jìn)行分析后,介紹了改進(jìn)方案和實(shí)現(xiàn)的方法。關(guān)鍵詞:敷字隨動(dòng)控制;設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn);數(shù)字PID控制;最小拍控制;模糊控制中圍分類(lèi)號(hào):TP271文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A .文章編號(hào):1006 -7167(2008)10 - 0029 -03Design and Development of Design Experiment EquipmentPENG Xiu-yan，WANG Xian-feng，QIN Liang-liang( Automation College, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)Abstract: The current used software system of SKJ-PCI digital servo control system was re- developed. Varied synthesisdesign experiments were added. The simple connection funections were given in the developed system. Therefore the de-veloping control algorithm can be inserted in the system easily, realizing fuzzy control and the minimum step control etc.And a lot of help documenltations were provided，so students can use it more easily. Through analyzing the insufficiencyof the system，the improved program and method were introduced. .Key words: digital servo control; design experiment; minimum step control; fuzzy controlCLC number: TP271Document code: AArticle ID: 1006 -7167(2008)10 - 0029 -03果,并且沒(méi)有相關(guān)的幫助文檔輔助教學(xué),使用起來(lái)很不.1引言方便,因而有必要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)- - 步研究,重新開(kāi)發(fā)上位機(jī)SKJ-PCI型數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)是自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)的軟件,從而豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求”。而重要實(shí)驗(yàn)設(shè)備,主要用來(lái)進(jìn)行本科階段數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商也提供了相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)的功能,對(duì)接口的的有關(guān)實(shí)驗(yàn)和研究。它提供集成操作軟件,通過(guò)PC操作都是開(kāi)放的,也便于開(kāi)發(fā)符合各學(xué)校自己需要的機(jī)可清晰地觀察控制系統(tǒng)的各項(xiàng)靜、動(dòng)態(tài)特性。學(xué)生控制軟件部分。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成、工作原與原上位機(jī)軟件相比,本軟件將豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,使理和分析方法,并具備初步的分析系統(tǒng)和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的學(xué)生自主設(shè)計(jì)的各種控制算法程序能嵌人到系統(tǒng)中能力。去。增加綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),并且提供大量的幫助文檔。但這套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的上位機(jī)軟件實(shí)驗(yàn)內(nèi)容覆蓋面.它將進(jìn)--步提高學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系小,缺少綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)過(guò)程過(guò)于簡(jiǎn)單,整個(gè)實(shí)統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試能力,以及分析和解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程學(xué)生只需要輸人幾個(gè)控制參數(shù)即可獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題的能力。將自已編寫(xiě)的控制收稿日期:2007 -12-25算法“ 中國(guó)煤化化工了解整個(gè)數(shù)字控制項(xiàng)目基金:黑龍江省新世紀(jì)教改立項(xiàng):創(chuàng)新綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目研究與的每-HCNMHG直過(guò)實(shí)驗(yàn)可以更全面的了實(shí)驗(yàn)儀器的研發(fā)。作者簡(jiǎn)介:彭秀艷(1962-),女,遼寧人,教授，博士,研究方向?yàn)?數(shù)字隨動(dòng)控制系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu)控制理論與控制工程。主持過(guò)多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)改革,實(shí)驗(yàn)儀器研發(fā)和改造項(xiàng)目。Tel:13304506680 ;E-mil:pxyl@ 163. com數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)由以下三部分組成:被控對(duì)象直流30實(shí)驗(yàn)室研究與探索第27卷電機(jī),微型計(jì)算機(jī)及輸人輸出接口電路以及外部設(shè)備[-4。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示:計(jì)算機(jī);數(shù)據(jù)隨動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱;執(zhí)行機(jī)構(gòu)給定8+P18-.速度+0電流功率|直流l調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器放大器電機(jī)-電流反饋目減速器速度反遭回瀏速電機(jī)位置反慣口光電碼盤(pán)圖1數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)原理方 框圖微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是數(shù)字隨動(dòng)控制的主體,由PCAMPCL. DLL包含到工程中。以下為具體實(shí)現(xiàn)步驟:機(jī)及接口電路板組成,實(shí)現(xiàn)輸人輸出轉(zhuǎn)換及控制運(yùn)算;(1)將AMPCI. LIB文件拷貝到D:\工程路徑名光電編碼器作為角度檢測(cè)原件,用來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角到數(shù)字下;將AMPCI. DLL文件拷貝到D:\工程路徑名\De-量的轉(zhuǎn)換。bug下。電機(jī)采用直流伺服電機(jī),由脈沖調(diào)寬式功率放大(2)在VC6.0下選擇[工程:設(shè)置],“Project Set-器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī),伺服電機(jī)連同測(cè)速發(fā)電機(jī)和相應(yīng)的ting"對(duì)話框;在“ProjectSetting"對(duì)話框中選“Link"相;調(diào)節(jié)器組成了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。在“Object/library modules" 欄中的庫(kù)文件隊(duì)列輸人本系統(tǒng)的數(shù)字量給定由預(yù)先存人計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的AMPCI. LIB ,確定。程序(目標(biāo)角度跟蹤和波形跟蹤)來(lái)設(shè)定。直流伺服(3)將AMPCI. H文件添加到工程中。電機(jī)通過(guò)減速箱帶動(dòng)光電編碼器和其同軸連接的圓刻以上設(shè)置完成后,在VC ++實(shí)現(xiàn)文件中加入in-度盤(pán),將這個(gè)刻度盤(pán)作為本系統(tǒng)的被控對(duì)象,它可以進(jìn)clude”AMPCL. H" ,就可在VC ++中使用上述函數(shù)。行任意角度的旋轉(zhuǎn),它的轉(zhuǎn)角就是該系統(tǒng)的輸出量。這組函數(shù)在形式上類(lèi)似Windows的API函數(shù)學(xué)生光電編碼器則是轉(zhuǎn)角檢測(cè)原件,當(dāng)刻度盤(pán)處于某一位自己要想理解和正確使用這些函數(shù)不是很容易,同時(shí)置時(shí),光電編碼器便產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的編碼,通過(guò)放大整這組函數(shù)操作的都是系統(tǒng)的某些端口,使用起來(lái)也不形并譯碼之后,輸出一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字量,送到接口電路方便,所以我們對(duì)這組麗數(shù)再次封裝,將其封裝成并行輸人口,并被定時(shí)地讀進(jìn)計(jì)算機(jī)內(nèi),該數(shù)字量便是Write()和Readdata()兩個(gè)函數(shù),Write()用來(lái)將控制系統(tǒng)的反饋量。計(jì)算機(jī)運(yùn)算后的控制量輸出到控制對(duì)象上,Readdata()用來(lái)將反饋信號(hào)讀人計(jì)算機(jī)內(nèi),這樣學(xué)生在編寫(xiě)控3軟件系統(tǒng)開(kāi) 發(fā)設(shè)計(jì)制算法的時(shí)候不需要了解這些計(jì)算機(jī)接口方面很專(zhuān)業(yè)本軟件主要涉及以下三方面的編程:接口編程,控的一些知識(shí),就像使用普通的C函數(shù)- -樣使用這些接制界面編程,以及算法編程三部分。口函數(shù),使用起來(lái)非常方便。3.1 接口程序3.2界 面程序?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)用戶控制算法程序嵌人到控制系統(tǒng)中,人機(jī)交互界面部分主要包括窗口、菜單、對(duì)話框需要對(duì)原系統(tǒng)重新開(kāi)發(fā),需編制用戶程序?qū)τ?jì)算機(jī)接等,在此對(duì)原系統(tǒng)界面程序進(jìn)行了重新開(kāi)發(fā),增加了實(shí)口的操作程序,即接口編程。接口編程主要實(shí)現(xiàn)計(jì)算驗(yàn)項(xiàng)目,豐富了幫助文檔。機(jī)對(duì)反饋信號(hào)的讀人，以及將計(jì)算機(jī)運(yùn)算后的控制量窗口是控制軟件的主界面,菜單用于選擇功能和輸出給控制對(duì)象,實(shí)際接口是將外部的模擬量轉(zhuǎn)化成命令,菜單主要包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)項(xiàng).計(jì)算內(nèi)部的數(shù)字量,同時(shí)將計(jì)算機(jī)計(jì)算后的數(shù)字量再目主要包括零點(diǎn)校正,參數(shù)整定,PID控制,模糊控制，轉(zhuǎn)化成模擬量作用到控制對(duì)象上。自行算法設(shè)計(jì)等,實(shí)驗(yàn)說(shuō)明主要是對(duì)各部分實(shí)驗(yàn)原理在Windows環(huán)境下,用戶層應(yīng)用程序不能對(duì)端口以及實(shí)驗(yàn)步驟的說(shuō)明,和- -些幫助文檔。直接進(jìn)行讀寫(xiě),必須借助Windows驅(qū)動(dòng)程序。但是,調(diào)對(duì)話框用于參數(shù)輸人和控制結(jié)果曲線的顯示及曲用驅(qū)動(dòng)程序的方式和通常函數(shù)調(diào)用的方式不同,編程線數(shù)據(jù)打印。曲線界面設(shè)計(jì)在對(duì)話框上可以在點(diǎn)擊控人員需要具備相關(guān)知識(shí)。板卡供應(yīng)商提供了一組函.制按中國(guó)煤化工倮數(shù)據(jù),使用起來(lái)比數(shù),通過(guò)對(duì)這組函數(shù)的調(diào)用來(lái)完成對(duì)端口的讀寫(xiě)。這較方Y(jié)HCNMHG作用,如圖2所示。組函數(shù)是以動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)麗數(shù)的形式給出的”。3.3控制算 法程序在VC+ +的集成環(huán)境中,若調(diào)用這些函數(shù),需對(duì)控制程序是系統(tǒng)程序中最核心的部分，各種控制VC++編譯環(huán)境作一些設(shè)置,將其提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(下轉(zhuǎn)第56頁(yè))56實(shí)驗(yàn)室研究與探索第27卷業(yè)出版社,2003.模擬[J].工業(yè)加熱,2005 ,34(2) :36-39.2] 韓占忠,王敬,蘭小平. FLUENT流體工程仿真計(jì)算[M].北京:[6]王瑞金,張 凱,王 剛. Fluent技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)例[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2006.清華大學(xué),2007. .[3] 王霞,包燕平,金友林.板坯連鑄中間包流場(chǎng)數(shù)值模擬[J].冶金[7] 張貴,朱榮,韓畫(huà)輝,等.70t電弧爐煉鋼集束射流氧槍流場(chǎng)研究,2006 ,899.的數(shù)值模擬及應(yīng)用[J].特種鋼,06 ,27(5) :4648.[4]陳偉慶. 冶金工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)[ M].北京:冶金工業(yè)出版社,2004.[8]袁方明,王新華,張炯明，等.連鑄中間包水口堵塞的數(shù)值模擬徐文亮,張欣欣,馮妍卉,等。干熄焦擋板除塵器除塵性能的數(shù)值[J].金屬學(xué)報(bào),2006 ,42(10) 1109-11040.0(上接第30頁(yè))(7)自己編寫(xiě)控制算法,在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上學(xué)算法及改進(jìn)算法都在其中,系統(tǒng)的控制性能是否良好，生 自已設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,編寫(xiě)PID,最小拍,模糊控制算主要在于控制程序采取的算法是否正確。法加入到工程中觀看控制效果并對(duì)算法進(jìn)行必要的優(yōu)本軟件編制了增量式PID,最小拍控制,模糊PID化?？刂频人惴?每個(gè)算法都編寫(xiě)成一個(gè)獨(dú)立的C+ +文5結(jié)語(yǔ)件,實(shí)現(xiàn)了模塊化,減少了和程序其它部分的耦合,以便于修改和加入新的算法。學(xué)生可以參考系統(tǒng)中這些通過(guò)對(duì)原有SKJ-PCI型數(shù)字隨動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上位機(jī)控制示例,幫助啟發(fā)生自己編寫(xiě)控制算法程序加人到軟件的開(kāi)發(fā),補(bǔ)充豐富了自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)室開(kāi)設(shè)的工程中[5-7。數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,可以開(kāi)出學(xué)生自主編寫(xiě)控制程序?qū)嶒?yàn),如模糊控制實(shí)驗(yàn)，模糊PID控制實(shí)驗(yàn)等。并提供了豐富的“幫助"文檔,從而改善了實(shí)驗(yàn)效果。同時(shí)對(duì)SKJ-PCI型數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的硬件和軟件接口部分進(jìn)行了研究,封裝了對(duì)接口進(jìn)行操作的一系列函數(shù),實(shí)現(xiàn)了軟件部分和硬件之間的分離,降低了系統(tǒng)軟硬件之間的耦合度,使操作者能集中精力到控制部.分的實(shí)現(xiàn)和研究上,不必關(guān)注太多計(jì)算機(jī)的細(xì)節(jié)知識(shí)，減少了使用者的負(fù)擔(dān)。采件個(gè)數(shù):廠L開(kāi)始控制」 戴塑保在放大一」_上一步SKJ-PCI數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)上位機(jī)軟件的成功開(kāi)發(fā)對(duì)《屆小;Cencel自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)做出了一定的貢獻(xiàn)。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的補(bǔ)充和完善,使學(xué)生可以學(xué)到更多的知識(shí)。圖2控制界 面圖本課題的研究為國(guó)內(nèi)小功率隨動(dòng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)機(jī)的研發(fā)提4新開(kāi)發(fā)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目供了依據(jù)。使原實(shí)驗(yàn)儀器成為能開(kāi)發(fā)出多種綜合設(shè)計(jì)(1)DA輸出實(shí)驗(yàn),用軟件輸出數(shù)字量控制信號(hào),型實(shí)驗(yàn)的新型實(shí)驗(yàn)儀器。這種思路和開(kāi)發(fā)方案具有重要意義和推廣價(jià)值。以達(dá)到控制直流電機(jī)的正翻轉(zhuǎn)和調(diào)速的目的。(2)光電碼盤(pán)數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn),通過(guò)手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)速參考文獻(xiàn)( References):發(fā)電機(jī)后的碼盤(pán),在控制軟件上觀察角度的變化,讓學(xué)[1]馬忠麗. 高校自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)試驗(yàn)設(shè)備的自主研制與開(kāi)發(fā)[].實(shí)驗(yàn)室生在幫助文檔和具體感性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上了解光電碼盤(pán)研究與探索,2005 ,(24) :364-367.的原理,明確數(shù)字轉(zhuǎn)化的過(guò)程。[2]金若君. 數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)的研制[J].機(jī)電工程,2004 ,21(8) :4446.(3)參數(shù)整定,通過(guò)“臨界等幅震蕩”法,測(cè)試系[3] 高巖等,黃志興.數(shù)字隨動(dòng)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2005(22) :50-53.統(tǒng)性能,求出PID控制參數(shù)。[4] sKJ-PC1型數(shù)字隨動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)[Z].北京:清華大學(xué)科(4) PID位置隨動(dòng)實(shí)驗(yàn)，PID控制方式下的階躍，教儀器廠.2006.正弦,三角波的跟蹤控制,了解PID各參數(shù)對(duì)控制性能[5] 章衛(wèi)國(guó),楊向忠模糊控制理論與應(yīng)用[M].西安;酉北工業(yè)大學(xué)的影響。出版社,000.(5)最小拍控制的參數(shù)并輸人到軟件中觀看控制[6]王勤.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[ M].南京;東南大學(xué)出版社,2003.效果,并了解最小拍控制方法的原理及實(shí)現(xiàn)方法。[7]趙福貴?；诙握{(diào)節(jié)的減速器加載系統(tǒng)分析與模糊控制研究中國(guó)煤化工文2006.(6)模糊控制PID,在模糊控制PID控制方式下實(shí)現(xiàn)階躍,正弦,三角波的跟蹤控制，了解模糊控制的[8]CHCNMHG+信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)實(shí)例基本原理以及實(shí)現(xiàn)方式,并同傳統(tǒng)的PID控制進(jìn)行性能比較,總結(jié)模糊控制的優(yōu)缺點(diǎn)。