设计型实验设备的设计与开发

第27卷第10期实验室研究与探索Vol.27 No. 102008年10月RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORYOct. 2008设计型实验设备的设计与开发彭秀艳，王显峰， 秦亮亮(哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要:对目前使用比较广泛的SKJ-PCI型数字随动系统的软件系统进行了重新开发,增加了各种综合设计性实验。改造后系统为学生提供了简捷方便的接口,使学生自行设计开发的控制算法能方便嵌入系统,实现如模糊控制和最小拍控制等。同时改造后系统提供了大量的帮助文档,使学生使用起来方便,快捷。文章在对原系统的不足进行分析后,介绍了改进方案和实现的方法。关键词:敷字随动控制;设计型实验;数字PID控制;最小拍控制;模糊控制中圍分类号:TP271文献标识码:A .文章编号: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,并且没有相关的帮助文档辅助教学,使用起来很不.1引言方便,因而有必要对系统进- - 步研究,重新开发上位机SKJ-PCI型数字随动系统是自动控制原理实验的软件,从而丰富实验内容,满足实验教学要求”。而重要实验设备,主要用来进行本科阶段数字随动系统设备供应商也提供了相关软件开发的功能,对接口的的有关实验和研究。它提供集成操作软件,通过PC操作都是开放的,也便于开发符合各学校自己需要的机可清晰地观察控制系统的各项静、动态特性。学生控制软件部分。通过实验可以掌握自动控制系统的结构、组成、工作原与原上位机软件相比,本软件将丰富实验内容,使理和分析方法,并具备初步的分析系统和设计系统的学生自主设计的各种控制算法程序能嵌人到系统中能力。去。增加综合设计性实验,并且提供大量的帮助文档。但这套实验系统的上位机软件实验内容覆盖面.它将进--步提高学生在实验过程中对于计算机控制系小,缺少综合设计性实验,实验过程过于简单,整个实统硬件和软件的设计与调试能力,以及分析和解决实验过程学生只需要输人几个控制参数即可获得实验结验过程中出现的实际问题的能力。将自已编写的控制收稿日期:2007 -12-25算法“ 中国煤化化工了解整个数字控制项目基金:黑龙江省新世纪教改立项:创新综合型实验项目研究与的每-HCNMHG直过实验可以更全面的了实验仪器的研发。作者简介:彭秀艳(1962-),女,辽宁人,教授，博士,研究方向为2数字随动控制系统的基本原理和结构控制理论与控制工程。主持过多项实验室教学改革,实验仪器研发和改造项目。Tel:13304506680 ;E-mil:pxyl@ 163. com数字随动系统由以下三部分组成:被控对象直流30实验室研究与探索第27卷电机,微型计算机及输人输出接口电路以及外部设备[-4。系统原理框图如图1所示:计算机;数据随动实验箱;执行机构给定8+P18-.速度+0电流功率|直流l调节器调节器放大器电机-电流反馈目减速器速度反遭回浏速电机位置反惯口光电码盘图1数字随动系统原理方 框图微型计算机系统是数字随动控制的主体,由PCAMPCL. DLL包含到工程中。以下为具体实现步骤:机及接口电路板组成,实现输人输出转换及控制运算;(1)将AMPCI. LIB文件拷贝到D:\工程路径名光电编码器作为角度检测原件,用来实现转角到数字下;将AMPCI. DLL文件拷贝到D:\工程路径名\De-量的转换。bug下。电机采用直流伺服电机,由脉冲调宽式功率放大(2)在VC6.0下选择[工程:设置],“Project Set-器驱动伺服电机,伺服电机连同测速发电机和相应的ting"对话框;在“ProjectSetting"对话框中选“Link"相;调节器组成了双闭环直流调速系统。在“Object/library modules" 栏中的库文件队列输人本系统的数字量给定由预先存人计算机内存中的AMPCI. LIB ,确定。程序(目标角度跟踪和波形跟踪)来设定。直流伺服(3)将AMPCI. H文件添加到工程中。电机通过减速箱带动光电编码器和其同轴连接的圆刻以上设置完成后,在VC ++实现文件中加入in-度盘,将这个刻度盘作为本系统的被控对象,它可以进clude”AMPCL. H" ,就可在VC ++中使用上述函数。行任意角度的旋转,它的转角就是该系统的输出量。这组函数在形式上类似Windows的API函数学生光电编码器则是转角检测原件,当刻度盘处于某一位自己要想理解和正确使用这些函数不是很容易,同时置时,光电编码器便产生一个相应的编码,通过放大整这组函数操作的都是系统的某些端口,使用起来也不形并译码之后,输出一个二进制数字量,送到接口电路方便,所以我们对这组丽数再次封装,将其封装成并行输人口,并被定时地读进计算机内,该数字量便是Write()和Readdata()两个函数,Write()用来将控制系统的反馈量。计算机运算后的控制量输出到控制对象上,Readdata()用来将反馈信号读人计算机内,这样学生在编写控3软件系统开 发设计制算法的时候不需要了解这些计算机接口方面很专业本软件主要涉及以下三方面的编程:接口编程,控的一些知识,就像使用普通的C函数- -样使用这些接制界面编程,以及算法编程三部分。口函数,使用起来非常方便。3.1 接口程序3.2界 面程序为了实现用户控制算法程序嵌人到控制系统中,人机交互界面部分主要包括窗口、菜单、对话框需要对原系统重新开发,需编制用户程序对计算机接等,在此对原系统界面程序进行了重新开发,增加了实口的操作程序,即接口编程。接口编程主要实现计算验项目,丰富了帮助文档。机对反馈信号的读人，以及将计算机运算后的控制量窗口是控制软件的主界面,菜单用于选择功能和输出给控制对象,实际接口是将外部的模拟量转化成命令,菜单主要包括实验项目和实验说明。实验项.计算内部的数字量,同时将计算机计算后的数字量再目主要包括零点校正,参数整定,PID控制,模糊控制，转化成模拟量作用到控制对象上。自行算法设计等,实验说明主要是对各部分实验原理在Windows环境下,用户层应用程序不能对端口以及实验步骤的说明,和- -些帮助文档。直接进行读写,必须借助Windows驱动程序。但是,调对话框用于参数输人和控制结果曲线的显示及曲用驱动程序的方式和通常函数调用的方式不同,编程线数据打印。曲线界面设计在对话框上可以在点击控人员需要具备相关知识。板卡供应商提供了一组函.制按中国煤化工倮数据,使用起来比数,通过对这组函数的调用来完成对端口的读写。这较方YHCNMHG作用,如图2所示。组函数是以动态链接库丽数的形式给出的”。3.3控制算 法程序在VC+ +的集成环境中,若调用这些函数,需对控制程序是系统程序中最核心的部分，各种控制VC++编译环境作一些设置,将其提供的动态链接库(下转第56页)56实验室研究与探索第27卷业出版社,2003.模拟[J].工业加热,2005 ,34(2) :36-39.2] 韩占忠,王敬,兰小平. FLUENT流体工程仿真计算[M].北京:[6]王瑞金,张 凯,王 刚. 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