时间：2023-05-08 18:11:47
导语：在控制系统设计论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
1.1LED和键盘设计
为了能够实现人与机器的对话，单片机的步进电机控制系统设计了3*4键盘以及4*8LED数码管，人们可以直接对其进行控制。该系统通电后，通过键盘输入控制步进机的运转、启动以及转动方向等，由LED管动态清晰显示步进机的转向以及转速。器件8279能够控制系统键盘的输入以及LED的输出，进而减少单片机工作的承载，8279在控制系统工作的过程中，将键盘输入的信息进行扫描，利用其抖功能，避免事故的发生。（下图为LED和键盘模块）
1.2放大和驱动设计
逻辑转换器是步进机控制过程中的脉冲分配器，其是CMOS集成电路，其输出的源电流为20毫安，能够应用于三相以及四相步进机，其工作可以选择以下6种激进方式进行控制；其中，对于三相步进电机有1、2、1-2相；对于四相步进电机有1、2、1-2相，其输入的方式有单、双时钟选择方式，其具有正向控制、方向控制、监视原点、初始化原位等功能。PMM8713器件主要由激励方式判断、控制以及时钟设置等部分组成，所有的输入端都设置有秘制的电路，进而提高抗外界干扰的能力。PMM8713输出能够接受功率驱动电路，其通过驱图1LED和键盘模块动器，输出最大的工作电流，以满足电机工作的需求。单片机通过调节相关端口的脉冲信号，控制步进机的运行状态、运转方向以及运转速度等。
2单片机的步进电机控制系统软件设计
2.1单片机程序设计
通过中断脉冲信号，计算步进电机的运转步数以及圈数，并对其进行记录；实现对步进电机运转速速的控制；采用端口的中断程序关闭其相关程序，将电机控制在停机状态；通过中断电机的开启部位，将其转换到运行状态，实现电机的运行；PMM8713的U和D端口通过输出高电平，达到控制步进电机运转方向的目的；8279将其接口与自身的8个数据连接口进行连接，当单片机运行到键盘部位时，采用相关端口中断其工作状态，进而达到控制步进机的启动、停止、速度以及方向等，并将其反馈给8279，利用LED将其显示，明确其运转的速度以及方向。
2.2PC上位机设计
设计PC上位机的主要目的就是控制步进电机，利用单片机中相关部位，实现人与机的对话，其利用单片机发出执行命令，实现对步进电机的有效控制。其中，单片机接受的执行命令会存储在相关软件中，其与储存在片内的Flash的相关地址进行比较，不冲突的信息就储存在其中，如与其中储存的信息发生冲突，就会自动中断，有效的保护电机的正常运行。同时，此软件在运行的过程中，应该对晶振中的USART模块进行设置，其相关的控制软件由VB6.0对其进行编写，采用MSComm软件实现实时通讯。
3结语
福建省农业科学院中以示范农场位于福州市晋安区新店镇埔档村，于2013年10月引进以色列设备及技术，建成3500耐以上的玻璃温室大棚，建成投人使用1年来运行良好。现将该玻璃温室大棚的自动化控制系统设计，及其应用于无土基质设施栽培的管理经验总结如下。
1自动化控制玻璃温室大棚系统设计
1.1玻璃温室大棚自动化控制系统设计系统材料和结构
玻璃温室是以透明玻璃为覆盖材料的温室，透光率一般为60%一70%。温室的骨架为镀锌钢管，门窗框架、屋脊为铝合金轻型钢材，肩高约8ma大棚管理系统采用JPK-013型自动化控制系统。开启电脑，输入用户名及密码，在桌面点击海峡农业示范园控制系统图标，点击特殊菜单，点击登录“开”，弹出对话框，再次输人另外一个用户名及密码，就可进行参数操作设计。设计结束后，下拉特殊菜单，点击退出“关”。把目标温度设计为300C，降温需求百分比为10%。
1.2系统功能及操作设计方案
1.2.1夏、秋季的操作设计方案根据南方夏、秋季需要降温的要求设计操作方案。
1.2.2冬、春季的操作设计方案根据南方冬、春季的气候特点设计保温操作方案。
2玻璃温室大棚自动化控制系统设计管理要点
2.1水肥机一体化系统管理
水肥机由以色列Galcon公司提供。操作步骤:电脑开机一桌面一点击Client系统一点击Mixero
2.2分区设计管理
2.2.1水肥机一体化分区管理将整个温室分成6个水肥灌溉区域，即与电脑连接的6个水阀所控制的灌溉区域为一个独立的单元。区域布置见图to水肥机装肥料母液的肥料桶共7个桶，A,B液各3个桶，另外1个酸液桶，分为3个组别，酸液桶共用。针对不同作物，每组的肥料母液可以有所区别。A桶(Fert.1)和B桶(Fert.2)吸量都设为5.0L/m3，酸液(Fert.3)吸量设为3.5I}/m3。1区、2区种植瑞丰番茄，2014年5月31日移植;3区种植金玉满堂番茄，4区种植串串红铃番茄，3区、4区均为5月22日移植。从移植到7月2日每天灌溉1次，清晨5:00开始滴灌，时间为10mino7月2日开始增加为4次，每次3min。因为3区、4区结果多，植株细弱，7月6日再增加1次，即3区、4区结果期每天灌溉5次，每次3mino5区、6区分别种植金石王1号和金玉满堂番茄，2013年11月9日移植，前期灌溉同3区、4区，因结果盛期需肥水较多，增至每天7次(表3)。
2.2.2各区域的项目编号绑定及灌溉时间表(Irri-gationProgramNo.)设计各区域的电脑识别代码及灌溉时间表设计见表30
2.3灌溉时间等数据的设计及修改
在Mixer的图案里，点击IrrigationProgramNo.，在左上角白色框格里输入所要修改或设定的项目编号(ProgramNo.)，回车，再在左上角白色框格的左边，点击锁匙(解锁)，选择要修改的数据，输人要修改的数据，全部修改完毕，再次点击解锁，点击确定(sure)完成修改。其他项目的修改过程同样。
2.4所需EC,pH值的修改及其感应器校准
点击FertilizationPrograms，在肥料项目号7,8,9栏目内修改各种植区所需的灌溉水肥的EC,pH值。2014年种植番茄，1,2,3,4区的EC值设置为1.5ms/cm,爪6区盛果期设置为2.0ms/cm;pH值都设置为5.7。当发现水肥机上的EC,pH值有偏差时，要用标准液来进行校准。
2.5洗盐
点击右上角IrrigationPrograms进人操作界面，点击ProgramSettings进入灌水数据界面。程序号(Prog.No)要选择灌溉肥料没用过的空白号。优先权(PrioritySetup)选择low。灌溉间隔天数(Irri.Cycledays)选择1d，时间单位(Irri.Unit)为min;灌水量(Quantity)为持续灌水60min，肥料(Fert.Prog)填写0。开始(StartTime)写0:O1，结束写23;59;各区的间隔灌溉时间(Duratior)写250min(洗盐1轮60x4为240min，其间休息10min。这就是洗盐1d的循环模式。
2.6过滤器清洗
每个肥料母液桶下面都有1个过滤器，选择在没有灌溉的时间段里，关闭水肥母液桶的开关，把过滤器小心拧开，用清水冲洗过滤片，干净为止。然后在灌溉之前装回，打开水肥开关。水肥机后面也有1个过滤器。
2.7混合桶溢水问题的解决
灌溉是边混合水肥边进行灌溉，如果遇到突然停电，等来电时，电脑不知道混合桶的水肥该往哪个区走。因此，当看到混合桶溢水时，应立即手工把混合桶里的水肥舀出1/2。
3小结
随着经济的飞速发展，人们生活水平的快速提高，能源需求也日益增长，如今我国已是世界上第二大能源消费国。但我国的人均能源资源不到世界平均水平的二分之一，同时以煤为主的能源消耗对环境的压力也日益增大。电能的消耗是能源消耗的一个重要组成部分，在我国的城镇，随着商场、办公大厦等一些公共场所的用电需求越来越大，而这些地方目前的管理不到位等因素，往往造成电能的巨大浪费，这样，提高用电效率就迫在眉睫。灯光系统，尤其是公共场所的灯光系统的能耗是非常巨大的。而传统的公共场所灯光的控制主要采用人工，控制点大都比较分散，导致管理极为不便，不仅浪费人力管理成本，还会因管理不善导致用电的浪费。本文提出一种基于电路载波及智能控制等物联网技术的，具备远程管理、故障检测、智能控制等功能于一体的公共场所（如教学大楼、实验大楼、宾馆、写字楼等）灯光远程智能监控系统，旨在加强对灯光系统的智能管理，节能降耗，并降低管理成本。
2系统原理与结构
系统结构为典型的物联网三层结构，有感知层、网络层及应用层组成，结构如图1所示。网络层使用电力载波技术，各节点及网关之间采用载波通信。感知层由各载波传感控制节点组成，各节点设计有继电器控制接口，可对节点所连接的灯光进行开关控制。同时，各节点设计有人体红外节点、光敏传感节点等传感器，可实时测量出周围的环境情况。另外，各节点还设计有电流检测模块，可以通过电流的变化对连接到本节点灯光的故障状态进行检测。应用层主要包含远程监控、故障检测和智能控制三部分功能组成，远程监控功能是通过远程终端实时了解各节点灯光状态并可控制各路灯光的开关；故障检测功能是实时检测各节点有无灯的故障，一旦出现故障便即刻向终端发出报警信号并告知故障灯光所在节点，便于管理人员及时进行维修维护；智能控制功能则是通过终端远程发送命令，使各节点按照一定的控制规则智能地控制本节点连接的各灯光状态。
3载波传感控制节点硬件控制系统设计
①硬件选型。首先是载波模块的选型，本文选用的是HL-PLCV3.0载波通讯模块，其采用FSK通讯方式，软件采用超级模糊算法，即使传输信号扰或丢失达40%，也能准确还原出原载波信号，通讯稳定，抗干扰能力强，且能实现串口透传，使用方便。其次是MCU的选择，考虑到功能、功耗、安全、价格、抗干扰等方面因素，本文选取了宏晶STC单片机STC12C5A60S2，能很好满足使用要求，可升级性也比较好。②电源模块。有两部分组成，一是交流220V转9V，用来给载波模块供电，使用AC-DCWA5-220S09D3模块来完成转换；另一是9V转5V，用来给单片机电路供电，使用LM1117-5.0搭建稳压电路即可实现，如图2所示。③电流检测模块主要是使用电流检测芯片ACS712再通过LM321放大电路对检测信号进行放大，最后使用A/D转换来得到结果，此电路可得到610mv/A的检测信号，见图3。④控制执行模块可通过继电器来完成，其电路图如图4。⑤载波模块接口设计，根据其功能，设计如图5。
4通信协议控制系统设计
要保证无线传感节点之间以及同终端之间的数据交互能正确无误、畅通无阻，需编写一个通信协议来完成此项工作。由于本系统数据交互具有流量不大，内容并不复杂等特点，可编写简单协议来规范系统内部的通信。本通信协议设计为8字节长度，详见表1。其中类型用来区分是上位机的命令，还是无线节点的返回数据；对象标记用来区分具体的无线节点；值1、值2表示具体的命令及具体的状态。
5软件控制系统设计
5.1载波传感控制节点软件设计。载波传感控制节点的主要工作是数据信息采集、执行控制命令。为降低网络流量，各节点除上电时收发下地址确认信息等初始化数据，正常状态下只是在命令反馈时或在检测到故障时才进行数据的发送。节点的程序流程图如图6所示。图6载波传感控制节点程序流程图Main函数节点初始化、设置本地地址、频率电流传感器数据采集检测到电路异常封装异常信息YN设置标志位，等待接收命令YN接收到载波数据执行控制命令载波反馈送给网关
5.2上位机软件设计。控制界面主要是控制灯开关，同时还能显示出灯的现有状态。当电路异常的时候界面也会及时地显示出报警信息，程序运行流程图如图7示。图7控制界面程序流程图用户灯光状态控制有网关数据？数据包解析异常？显示灯状态异常报警NNYY。
6总结
1.1系统结构
多级水泵房自动化排水控制系统结构如图I所不。该系统采用三层网络结构，即信息层、控制层、设备层川。信息层由监控计算机、Web服务器、防火墙、客户端等组成。控制层由每个水泵房的PLC控制系统、触摸屏、环网交换机等设备组成，通过光纤工业环网进行通信。设备层由水泵开关柜、电动闸阀、电动球阀、压力传感器、水位传感器、温度传感器、电量变送器等组成。
1.2系统主要功能
多级水泵房自动化排水控制系统用于对8个水泵房的水泵及27台多级离心泵进行自动化控制，系统主要包括以下功能。
(1)采集数据。系统口1一采集水仓水位，出日压力，电动机电压、电流、功率，水泵温度，电动机运行状态，故障状态，闸阀位置信号，管道液位等数据。
(2)提高水泵效能。系统自动记录并累计水泵运行时间等参数，按一定规律自动启停水泵，使各水泵及其管路的使用率均匀分布。当水泵在启动或运行过程中出现故障时，系统自动停止故障水泵并投人备用水泵排水，实现水泵自动轮值工作，防止备用水泵长期不用造成损耗。系统还口1根据管路效率、水泵效率、电动机效率、排水系统效率等参数，实现排水系统在效率最高状态下排水。
(3)避峰填谷。系统根据水仓水位以及谷段、峰段供电电价时间段等因索，建立数学模型，根据水位和用电负荷，在用电低峰和电价在谷段时开启水泵，用电高峰和电价在峰段时停止水泵运行，以达到避峰填谷及节能的目的。水仓水位在超高水位时，自动开启水泵，防止水仓溢水。
(4)保护及故障报警。当系统发生故障或传感器监测点报警时，系统自动作出相应的停机处理。监控计算机上发出相应的文字及语音报警信号，并在启停水泵的水位段发出预警信号，在低段、高段水位分段报警。系统还口1一自动显不、记录或打印故障性质、故障地点及故障发生时间。
(5)曲线报表及动态图形显不。系统口1一自动生成电量统计、故障记录、操作记录、运行记录报表及水位曲线、温度曲线、压力曲线，并口1一通过图形动态显不水泵运行状态，显不水仓水位、水泵温度及电动机电流、电压、功率等参数。
(6)系统有无人值守、远程自动、手动检修、井下自动(一键启停))2种工作模式。
(7)每台水泵口1设置运行、备用、检修3种工作方式Al一直接通过监控计算机进行设定。
(8)系统为八级泵房接力式排水，相邻上下级水泵房之间存在联动关系。系统在无人值守模式下口1根据上下级水泵房水仓水位及开泵台数自动决定本水泵房开停水泵台数。
(9)系统通过Web服务器将监控imp面到局域网，用户在客户端登录后口1一对系统进行远程监控。
2系统关键问题及解决方案
2.1水泵引水方式
煤矿水泵房大多采用多级离心泵进行排水，大多数情况下水仓水位低于离心泵轴，因此不能采用自灌方式引水。该情况下一般采用2种引水方式:①在吸人管末端加装底阀，采用排水管路IA!水或地面引人水管直接向水泵注水，该方式需要克服底阀的阻力，水泵工作效率低。②采用抽真空方式。抽真空方式可通过射流泵将泵体的空气排出，该方式要求非常高的水流喷射速度，但多级水泵房进行接力式排水，上下级水泵房之间的落差较小，无法提供快速的喷射水流，如果从地面引高压水进行射流，则实施难度大，投资成本高;也可通过真空泵抽真空，该方式首先需要运行真空泵，将泵体内的空气排出，待负压满足要求后再开启水泵，另外需要安装检测设备，投资较大，控制节点多，加大了系统维护量，同时易导致系统不稳定。本系统采用引水罐的水泵引水方式，如图2所不。引水罐底部与水泵连通，引水罐顶部与吸水管相连，引水罐和水泵提前灌满水。当水泵启动时，泵壳内的水被甩出，引水罐内的水及时补充到泵壳内，使引水罐内出现负压状态。水仓内的水在大气压力作用下，通过吸水管流进引水罐及泵壳内，在离心力作用下完成排水。引水罐在某些情况下会出现水位降低情况，无法满足开泵引水的要求。鉴此，设计了引水罐自动补水功能，在电动闸阀和引水罐罐体之间安装补水电动球阀，在引水罐侧面安装管道液位计，实时检测罐体内的液位高度。开泵前，系统首先检测罐体内水位是否达到开泵水位要求，如果末达到则自动开启补水电动球阀，罐体内的水充满后，自动关闭补水电动球阀，进人自动开泵流程。实践证明，采用引水罐的水泵引水方式较传统的注水和抽真空方式具有更高的稳定性和口1靠性。
2.2多级联动功能
上下级水泵房之间每台水泵的开停具有复杂的联动关系。在无人值守模式下，系统需要根据每个水仓的水位变化及开泵数量实现水泵联动开停。在西门子S"I}FP7编程软件硬件组态NetPr沙几’中配置本地PLC与上下级PLC的通信协议及地址，在()1335中调用FC5,FC6模块实现相邻2个水泵房PLC之间数据(包括水泵运行状态、水位高低标志、水仓水位等)的发送及接收。多级联动程序流程如图3所不，无人值守模式程序流程如图生所不。
3结语
1.1下位从控机
因为系统中的每一个仓室运行中所承受的负荷都时不同的，所以在系统出现故障的时候，现场控制的时候就需要除尘设备的每一个舱室都能够独立的运行，这样就可以保证一个仓室出现故障的时候，系统还可以维持正常运转，在对设备进行设置的过程中还要能够根据运行的需要去更改设备的某些控制参数，同时每一个仓室都应该有一个可以对仓室运行情况进行反馈的装置，这样就可以让每一个仓室都可以独立完成喷吹操作，这是因为，每个仓室所承受的负荷不同也会使得相应的喷吹参数也产生非常大的变化。每个仓室在系统运行的过程中也应该设置不同的控制模式。为了让现场的工作人员进行手动除尘的时候可以更加的方便，手动控制器上要设置一个可以控制开关的磁阀，这样就可以在出现紧急状况的情况下及时的通过这个阀门对仓室进行控制。当然也可以按照所有仓室之间具体的压差情况进行仓室的排序，对靠前的仓室要首先除尘，同时也可以按照压差的具体情况对开阀的时间和喷吹的时间间隔进行更加有效的控制，也可以对仓室的喷吹方式和喷吹的周期进行有效的调整。
1.2上位主控机
上位主控制系统包括工厂中心控制室和值班室控制等。主控机作为分布式数据采集系统的上位机管理层接入CAN网络中.其主控机的设计功能包括：①远程监控和设定功能。在使用的过程中，用户可以凭借这一功能在主控机的工作室完成所有的控制工作，而且，上机位还可以借助网络的力量对设备运行的情况进行异地监控，在监控的过程中，工作人员可以看到现场发生的一切，同时这一系统中还设置了不同的用户口令，这样就很好的划定了管理的范围，更加有效的提高了系统运行的安全。②趋势变化分析功能。在系统运行的过程中，这一功能占据着非常重要的位置，上机位的管理功能就主要体现在了它可以经过一定的程序你会指出除尘过程中设备运行的趋势曲线和报警记录等非常重要的内容，同时它还可以用不同的方式展现给相关的人员。③监控功能，在除尘设备的阻力正常变化的情况下。人们通过肉眼也是可以看到烟雾的排放量不断增加的，无论阻力是上升和还是下降，都证明局部的布袋出现了破损，而想要解决这一问题，最好的方法就是测量仓室内外口的压力差，这种压差式的方式可以很好的减少喷吹的频率，同时也对过滤袋产生了非常有效的保护作用，进而也降低了设备运行过程中的能源消耗，延长了设备运行的时间和寿命。
2各模块功能简介
2.1主控制器监控部分
主控制器是系统的主要控制部分，本系统采用ARM芯片做主控芯片。晶振电路，电源电路，复位电路等构成了ARM微处理器的最小系统运行所需要的基本电路。ARM微处理器参与系统工作的全过程，它控制系统各个部分的启动、停止、控制等工作以及各部分运行的协调。主机模块是整个控制系统的大脑，它负责向触摸屏输入各种数据，还有读取输入状态，并对输入的数据进行处理，将处理好的数据发给从控机进行操作，它还接收从控机的数据，实现除尘设备状态的监视，接收下位机采集的数据，数据经处理后通过控制程序，发送有效的控制信号，为适合不同工作环境，调节现场工作参数，并且显示现场运行状态。系统功能包括报错、显示以及控制等，负责系统运行状态显示、设置以及故障提示，初始化完成后系统运行过程的故障提醒，和对数据的查询等。其中报错通过蜂鸣声、LED光和屏幕闪烁报错，并提供故障信息。假如某一分系统运行故障或程序出错将在显示屏上显示出错信息，同时通过蜂鸣声报警和LED光闪烁提示。在数据采集完成后可以通过触摸屏来查询处理过的参数数值，并可修改设置。
2.2从控机数据采集与动作执行部分
压差传感器用来比较从进风口和出风口两个地方传输过来的气压值，进风口的气压值一般来说不变，随着滤袋灰尘加厚出风口的气压值会减小，可以设定一个压差值即在出风口气压值和进风口气压值相差为多少时，控制系统会发出信号，要求开通电磁阀进行喷吹除尘。可以说压差采集电路相当于整个系统的触手，触手的感觉是否准确，灵敏，决定了控制系统处理信号的准确度和反应速度，因此这部分在系统中极为重要。
2.3CAN总线实现从机与主机的连接
CAN总线是一种串行通信网络，它能实现分布式与实时控制，可以点对点、一点对多点或者全局广播的方式通信；CAN总线通信距离非常远，最远可达到10km，并且保证速率为5Kb/s以上，在距离为40m时最高速率可以达到1Mb/s，由于目前CAN收发器的驱动能力有限，最多只能挂接110个CAN节点，但已经够用了。CAN通信方式中，我们主要考虑实时性和抗干扰性。CAN节点的抗干扰设计中需要收发器与控制器之间的光耦隔离、连接线间电容、信号滤波等，对传输介质也有一些考虑因素如：线长、波特率、抗外界干扰、有效电阻等。按照CAN总线的长度计算传输速率，确定通讯周期，看是否符合性能要求来调整线的长度、连接方式和总线上的节点个数。
3结语
RFID技术，即射频识别技术，是一种不需要实际物理接触即可自动完成目标识别的高新技术，具有可靠性高、数据存储量大、抗干扰能力强、响应速度快、标签内容可读写及高性价比等诸多优点，近年来被广泛应用于物流、运输、工业生产和智能交通等领域。该系统的研究与实现将能很好地完善城市交通信息感知体系，有着很显著的社会效益和经济效益。（1）路侧设备安装简单、部署范围广，不会有应用“死角”的存在；（2）车载设备只有一张电子标签，不会涉及车辆改装等复杂问题；（3）可以实现车辆定位、车速测量、交通状态判别等多种功能；（4）具有谷歌地图显示、表格显示、文本显示等多样化显示功能；（5）设备成本低、经济效益好。
2基于RFID的智能交通控制系统功能模块电路设计
2.1电源模块
控制器主板可使用12/5V两套供电电源，但AT91RM9200多工作于3.3V，因而，其他的器件在也应为3.3V。电源系统的变换开关为AC/DC型，功率为10瓦，其电压输入在156VCA至265VCA之间，开关电源输出+12V、+5V，其他电源电压则通过三端稳压芯片产生，其中，+5V电源通过两个三端可调稳压芯片LT1085产生+1.8V和+3.3V，从而为ARM处理器及相应的电路供电。LT1085芯片通过选择两个合适的电阻能够输出的电压范围为1.2V至15V，例如+3.3V=1.25V×(1+R322/R323)。
2.2RTC模块
在通讯、干线或者区域协调控制中，交通的控制器还要通过对等的时间点进行同步，为了能够确保时间的同步，需要设计RTC对时间进行校对。RTC既能够提供可以进行编程的实时时钟，还能够在断电之后立刻启动备用电源。
2.3复位电路
AT91RM9200处理器有NRST以及NTRST复位信号，这两种复位信号中，前者用于系统的复位，而后者则用于JTAG/ICE复位，能够对处理器中的ICETAP控制器初始化，从而使得连硬件仿真器在进行初期调试时更为便捷。在所有时间段，复位信号仅仅有一个有效的，都能够让ARM处理复位并且将复位向量指向的地址处开始执行程序。
2.4功率驱动电路
功率驱动电路用以进行大功率交通信号灯的驱动，采用了固态继电器（SSR）。额定电流以及额定电压分别为5A以及400VAC。固态继电器的驱动是直流+5V。外部的C208、R313组成浪涌吸收电路可用来保护固态继电器不受损害。相比于双向可控性，功率驱动电路集成程度更好，稳定性更好，但相应的优点也使得其造价较高，相对而言，价格更为昂贵。
2.5射频信息采集模块
摘要：1个PLC控制系统设计的水平高低，直接影响到控制的质量；本文主要介绍了可编程序控制器（PLC）控制系统的设计步骤，并对设计时每1个步骤要注意的问题作了1个简要说明；
关键词：PLC；控制系统；设计
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上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：周烨斐日期：2007年1月25日
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变频调速协调控制系统设计摘要新型粗纱机在机械结构、系统传动以及电气控制方面都有较大的改变，它除去了传统粗纱机中的上、下锥轮，差速器，龙筋升降传动部件和成型机构，机械结构变得大为简化。新型粗纱机采用PLC控制四台变频器，分别独立驱动锭翼、罗拉、筒管和龙筋的电机来实现高效高质纺纱。机械结构的简化虽然可以在很多方面提高粗纱机的性能和稳定性，但是罗拉、锭翼、筒管、龙筋四个电机的同步控制成了整个控制系统设计的难点，从而粗纱的张力控制也成了最需要解决的问题。如何设计一个全新的控制系统来代替原先机械传动部分，实现和超越其功能是新型四电机粗纱机设计的关键和核心部分。张力控制的好坏决定着新型粗纱机能够开发成功。针对以上的关键和难点，本文从硬件和软件系统两方面来阐述解决方案，并且着重对张力控制系统的设计进行详细的分析。在硬件系统的设计方面，本文首先对整个控制系统的机械结构做了个简要说明；在电气系统方案方面，我们选择了由工控机、PLC、矢量
变频基础传动、光电传感器组成的系统，其中，工控机为综合监控系统，人机界面采用WINCC来设置纺织工艺参数，监控整车的运行和故障状态，它通过MPI网络协议和PLC进行通讯；PLC是实时控制的核心，获取粗纱位置光电传感器的检测值，并通过PROFIBUS-DP总线和四台矢量变频器进行通信，读取矢量变频器中各电机的速度，计算出各个电机的理论速度，然后向矢量变频器发送指令，设置各变频电机的速度，从而控制电机的运转。由于变频器对整个系统的重要性，本文又对变频器的选择以及其与PLC的通讯作了一个详细的描述。在硬件结构搭建完毕的基础上，本文在对控制对象分析后提出了张力控制方案。张力控制方案主要包括两方面：一、张力软测量模型。该模型的主要作用就是取代原先机械锥轮，根据实时的径向线密度调整卷绕直径，从而调整四电机的速度，改善其同步性。并且该模型具有自学的功能，使得该模型能够适应多种不同的机型，从而超越了机械锥轮的功能，有着更加广泛的应用。二、张力控制算法。该算法建立在软测量模型的基础上，通过优化过的闭环控制算法，不断地调整径向线密度，并且使其趋于稳定。这两方面相辅相成，从而使张力控制达到最优化。最后本文对整个软件系统作了分析，对软件的主要模块分开剖析，概述了模块与模块之间的关系，并且对最为复杂的几个模块进行仔细阐述，使得本系统的设计思路跃然纸上。通过合理的硬件系统，周详的软件系统和创新的张力控制方案，新
型四电机粗纱机在测试阶段运行良好，为其研发成功奠定了基础。关键词：同步控制，张力控制，变频器，软测量模型
Design of Coordinated Control SystemBased On Frequency ConversionAbstractThe new type of roving machine has undergone a great change in mechanical structure，systematictransmission and electrical control.It eliminated the up and down cone drums，differential device，railsdrive assembly and forming device，which simplified the mechanical architecture a lot.Inthis design，PLC controlled four frequency converters to separately drive four motors tomake flyer，roller，bobbin and rails run in a synchronized way.Thus，the roving machinecould product roving of high quality efficiently.Although simplification of mechanical architecture could enhance the performanceand the stability of the roving machine in many fields，it became difficult to execute asynchronized control over the four motors of roller，flyer，bobbin and rails in the wholedesign，which also made the tension control of rove become the key problem to be solved.The core of the design of the new type of machine is how to invent a brand-new controlsystem to substitute the traditional mechanical parts and to realize or even surpass theoriginal functions.Whether this new type of machine can be developed or not just dependson the performance of the tension control.According to the key problems and the most difficulties，this thesis expatiates on the solutionsfrom two aspects，hardware and software.Moreover，it emphasizes on the control system of the tensioncontrol in details.In the design of hardware，the thesis gives an overall view on its mechanical design.Then，in the
electrical design，we choose industrial computer，PLC，frequency converters，photo-electricitysensors.The industrial computer works HMI，it communicated with PLC via MPI;thePLC is the center of real-time control，it get the signal of roving height fromphoto-electricity sensors，communicates with frequency converter via PROFIBUS-DP，read the speed of four motors from frequency converter，compute the preset speed of fourmotors，then send commands to frequency to control the speed of motors.Due to theimportance of frequency converters in the whole system，the thesis gives a detailedpresentation on how to choose the frequency converters and its communication with PLC.On the basis of hardware system and the analysis of the control objects，the thesisputs forward the scenario of tension control，which consists of two programs.Firstly，it’sthe tension measuring model.The major function of this model is to substitute thetraditional mechanical cone drums to adjust the winding diameter in terms of the real-timeradial density and then accordingly to adjust the speed of the four motors to improve thesynchronization.Besides，this model has the self-teaching ability to adapt to various kindsof machines.It surpassed the mechanical cone drums and therefore has a more extensiveapplication.Secondly，it’s the algorithm of tension control.The algorithm is based on themeasuring model to adjust the radial density to a stable value through the optimizedclosed-loop methods.These two programs supplement each other to achieve theoptimization of the tension control.In the end，the thesis analyzes the whole software system，anatomizes the majorblocks and gives a profile of the relations among the blocks.In addition，it expatiates onthe most complicated blocks carefully to present a clear picture of the design.By our building a reasonable hardware system and a comprehensive software systemand inventing the tension control scenario，this new type of four-motor roving machineoperated well in the testing phases，which has placed a solid foundation of its successfuldevelopment.
【关键词】 鲁棒控制 自适应控制 线性矩阵不等式 不确定性
鲁棒控制是利用系统模型的一些不确定信息来设计一个控制器，使得闭环系统对所有的不确定性是稳定的，且具有一定的动态性能。鲁棒控制主要研究具有未知有界不确定性的系统模型，通过鲁棒控制的手段使系统具有鲁棒性，即系统在不确定因素作用下维持其稳定性的能力。
在实际生产过程中，对各种过程及环节的控制系统设计总是不可避免的要利用到被控对象的有关信息，这些信息的获得总是要利用一些试验或推导得到我们要据此设计控制器的所谓“模型”，这些模型的精确性由于信息获得过程的局限性往往会受到影响。因此，对不确定性系统的稳定性和控制进行研究具有较大的意义和实际价值。
1 系统的不确定性
系统的不确定性因素包括有外界噪声、干扰信号、 传递函数的建模误差以及未建模的非线性动态特性。MATLAB的鲁棒控制系统工具箱可以找到系统在这些不确定性条件下的多变量稳定裕度的度量。不确定性包括很多方面， 但其中最重要的是指系统的外界干扰信号和系统传递函数的建模误差。鲁棒控制系统设计问题的一般描述如下：假定一个多变量系统P（s）， 寻找某个稳定的控制器F（s）， 使得闭环系统的传递函数满足下面的关系：
（1）
（2）
（3）
公式（1）（2）（3）为鲁棒条件，KM称为最小不确定性的大小，由于每个频率对于的奇异值来度量，函数KM又称为对角扰动的多变量稳定裕度（MSM），即为
（4）
如果Δn不存在，该问题又被称为鲁棒镇定问题（Robust stability problem）。上述问题的求解涉及到Δ的非凸优化问题，它不能通过标准的非线性梯度下降方法计算得到，因为此时的算法收敛性无法保证。然而由于μ存在上界，可以通过下式计算KM：
（5）
其中，Dp∈D为Perron最优增益矩阵。
D={diag|（d1I，…，dnI）|dj>0}，显然∞也是1/KM的上界。 如果这些上界都满足鲁棒条件约束， 那么可以充分保证μ和KM也满足鲁棒条件约束。
2 鲁棒控制分析
鲁棒分析的目的是通过某种适当的非保守分析算法来“观察”MSM矩阵。 换句话说， 我们将找出系统保持稳定状态下不确定性的上界，下面的传递函数代表某架飞机的动态特性：
（6）
基于SandbergZames的小增益定理可以推出下面的标准奇异值稳定鲁棒性定理： 对于一个M-Δ表示的系统， 如果对于任意的稳定Δ（s）满足
（7）
假定某个系统具有下面的传递函数，，经过仿真得
3 基于μ综合理论为鲁棒控制器设计
目前发展起来的H∞理论、LQG方法、LQG回路传递恢复和μ综合理论可以用来进行鲁棒控制器设计。本文以μ综合理论为例进行研究，μ综合理论在整定函数μ（或KM）时同时考虑鲁棒分析和鲁棒综合问题，作为鲁棒控制系统设计工具为用户提供了最大的灵活性。
系统μ综合问题的目标是寻找稳定的控制器F（s）和对角矩阵D（s），使得，假设D（s）=I，μ综合问题从本质上可以分解为两个不同的优化问题。对于固定的D矩阵，该问题变成标准的H∞设计问题（通过hinfopt函数计算）。而对于固定F（s）的情况，该问题就变成寻找一个稳定的D（s）来满足代价函数在每一频率处的最小性。
4 结语
本文从系统的不确定性研究着手，分析了鲁棒多变量反馈控制系统的设计问题，并通过建模获得系统的BODE图，然后以某飞机的动态特性进行系统的鲁棒性分析，得到Perron 上界与奇异值比较图。最后基于μ综合理论进行鲁棒控制器设计，获得系统特性图。综上所述，所得结果达到预期效果。
参考文献：
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[2]储健，俞立，苏宏业.鲁棒控制理论及应用[M].杭州：浙江大学出版社，2000.
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