调压铸造计算机控制系统设计与控制方法研究
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摘要
本文在简要介绍调压铸造工艺流程的基础上，提出了采用自动／手动两种方式对TY-1型调压铸造控制系统进行控制的设计方案，给出了根据铸造工艺要求所设计的气路系统结构图，分别介绍了分布式计算机控制系统和手动控制系统的概况。文中详细介绍了分布式计算机控制系统中上位测试计算机系统的硬件结构和用工控组态软件LabVIEW实现的上位机应用程序，包括压力传感器标定程序、串行通讯程序、曲线输入程序、铸造流程显示程序和故障报警程序等。同时，作者深入研究了LabVIEW与其他语言的接口技术。为了在上、下位机之间传送数据和命令，本文基于RS232标准，设计了简便的适合于本系统的串口通讯协议，并在软件上实现了发送和接受数据及命令的功能。
论文通过机理分析方法确定了系统模型的结构，利用系统辨识方法进一步确定了模型的参数。通过极点配置的方法分别对上、下腔子系统设计了常规PID控制器，进行了仿真研究，在现场通过了调试并应用于实际铸造系统上。实践证明，这种控制器能满足指标要求。针对系统中被控对象参数随压力发生变化的实际情况，作者提出了一种变参数PID控制器的设计方法，仿真结果表明这种方法对改善系统的性能是有效的。为了提高系统的抗干扰性，保证调压铸造系统中最重要的指标—压差的控制精度，作者又提出了模糊加PID混合控制器方案，并且进行了仿真验证，取得了满意的效果。
Based on the brief introduction about the technical procedure of adjustable pressure casting, this paper puts forward a scheme on TY-1 adjustable pressure casting control system. In the system, the process of adjustable casting is controlled by using two modes-manual control mode and automatic control mode. With regard to the distributed computer control system, the paper gives a detailed description of the hardware structure of the measure computer and provides an application software of the measure computer system which is programmed with a graphical programming language known as LabVTEW. The software consists of data acquisition program, asynchronous serial communication program, animated process-monitoring program, reliable alarm program etc. In addition, the method of using external code in LabVIEW is elaborated. And in the 4th chapter, by the standard of RS232, the system works out and realizes a convenient communication protocol which suits the asynchronous serial communication between the measure computer and the control computer.
After acquiring the rough model of the system by analyzing the work principle, the system gives the accurate mathematical models of the upper and lower system by identification method-least squares estimation, then it adopts the method of pole assignment to design classical PID controller for each system. The simulation results show that this algorithm produces a satisfied effect, so it is used on the real casting system. After that, an adjustable parameter PID controller is proposed to compensate the change of parameters in the plants. Both the two kinds of PID controllers are simulated, the comparison of the results show out that the second proposal attains a more remarkable effect. Finally, the Fuzzy -PID compound controller is presented to restrain the noise and improve the control precision of the pressure deviation and differential pressure deviation. The simulation results of the design are well met the requirement.
论文通过机理分析方法确定了系统模型的结构，利用系统辨识方法进一步确定了模型的参数。通过极点配置的方法分别对上、下腔子系统设计了常规PID控制器，进行了仿真研究，在现场通过了调试并应用于实际铸造系统上。实践证明，这种控制器能满足指标要求。针对系统中被控对象参数随压力发生变化的实际情况，作者提出了一种变参数PID控制器的设计方法，仿真结果表明这种方法对改善系统的性能是有效的。为了提高系统的抗干扰性，保证调压铸造系统中最重要的指标—压差的控制精度，作者又提出了模糊加PID混合控制器方案，并且进行了仿真验证，取得了满意的效果。
Based on the brief introduction about the technical procedure of adjustable pressure casting, this paper puts forward a scheme on TY-1 adjustable pressure casting control system. In the system, the process of adjustable casting is controlled by using two modes-manual control mode and automatic control mode. With regard to the distributed computer control system, the paper gives a detailed description of the hardware structure of the measure computer and provides an application software of the measure computer system which is programmed with a graphical programming language known as LabVTEW. The software consists of data acquisition program, asynchronous serial communication program, animated process-monitoring program, reliable alarm program etc. In addition, the method of using external code in LabVIEW is elaborated. And in the 4th chapter, by the standard of RS232, the system works out and realizes a convenient communication protocol which suits the asynchronous serial communication between the measure computer and the control computer.
After acquiring the rough model of the system by analyzing the work principle, the system gives the accurate mathematical models of the upper and lower system by identification method-least squares estimation, then it adopts the method of pole assignment to design classical PID controller for each system. The simulation results show that this algorithm produces a satisfied effect, so it is used on the real casting system. After that, an adjustable parameter PID controller is proposed to compensate the change of parameters in the plants. Both the two kinds of PID controllers are simulated, the comparison of the results show out that the second proposal attains a more remarkable effect. Finally, the Fuzzy -PID compound controller is presented to restrain the noise and improve the control precision of the pressure deviation and differential pressure deviation. The simulation results of the design are well met the requirement.
引文
[1] 任天庆，铸造设备自动控制系统设计，国防工艺出版社，1990年11月
[2] 薛定宇，控制系统计算机辅助设计-MATLAB 语言及应用，清华大学出版社，1996年7月
[3] 杨乐平，李海涛，肖相生，LabVIEW 程序设计与应用，电子工业出版社，1990年3月
[4] 金以慧、方崇智，过程控制，清华大学出版社，1993年4月
[5] 赵长安，姚纪文，傅佩琛，控制系统设计手册，国防工业出版社，2000年1月
[6] 方崇智，萧德云，过程辨识，清华大学出版社，1988年8月
[7] 张云生，《实时控制系统软件设计原理及应用》，国防工业出版社，2000年
[8] 周雪琴、安锦文，计算机控制系统，西北工业大学出版社，1998年3月
[9] 猪獭博(日)，《计算机系统的高可靠性技术》，国防工业出版社，1995年
[10] 张宇，航空机轮试验台机轮试验模块设计与实现，西北工业大学硕士论文，2000年3月
[11] 杜建军，航空机轮试验台控制机设计与刹车能量控制研究，西北工业大学硕士论文，2000年3月
[12] 俞子荣、万永菁，MATLAB 在调压铸造系统智能控制仿真中的应用，南昌航空工业学院学报，2000年3月
[13] 董秀琦，低压及差压铸造理论实践，兵器工业出版社，1995年
[14] 周雪芹、安锦文等，计算机控制系统，西北工业大学出版社，1998年1月
[15] 胡寿松，自动控制原理(第四版)，科学出版社，2002年2月
[16] 吴延海，微型计算机接口技术，华东师大出版社，1997年7月
[17] 刘镇、姜学智，“PID 整定方法综述”，电力系统自动化，1997年8月
[18] 杨智，“自整定 PID 调节器的设计方法”，甘肃工业大学学报，1998年3月
[19] 姚锡凡、陈统坚，“低压铸造液面加压控制系统的发展与趋势”，中国铸造设备与技术，1998年4月
[20] 章卫国，杨向忠，模糊控制理论与应用，西北工业大学出版社，1999年10月
[21] 明赐东，调节阀应用，中国科技出版社，1989年6月
[22] National Instruments Corporation, Using External Code in LabVIEW, July 2000
[23] National Instruments Corporation, LabVIEW User Manual, July 2000
[24] National Instruments Corporation, PID Control Toolset User Manual, November 2001
[2] 薛定宇，控制系统计算机辅助设计-MATLAB 语言及应用，清华大学出版社，1996年7月
[3] 杨乐平，李海涛，肖相生，LabVIEW 程序设计与应用，电子工业出版社，1990年3月
[4] 金以慧、方崇智，过程控制，清华大学出版社，1993年4月
[5] 赵长安，姚纪文，傅佩琛，控制系统设计手册，国防工业出版社，2000年1月
[6] 方崇智，萧德云，过程辨识，清华大学出版社，1988年8月
[7] 张云生，《实时控制系统软件设计原理及应用》，国防工业出版社，2000年
[8] 周雪琴、安锦文，计算机控制系统，西北工业大学出版社，1998年3月
[9] 猪獭博(日)，《计算机系统的高可靠性技术》，国防工业出版社，1995年
[10] 张宇，航空机轮试验台机轮试验模块设计与实现，西北工业大学硕士论文，2000年3月
[11] 杜建军，航空机轮试验台控制机设计与刹车能量控制研究，西北工业大学硕士论文，2000年3月
[12] 俞子荣、万永菁，MATLAB 在调压铸造系统智能控制仿真中的应用，南昌航空工业学院学报，2000年3月
[13] 董秀琦，低压及差压铸造理论实践，兵器工业出版社，1995年
[14] 周雪芹、安锦文等，计算机控制系统，西北工业大学出版社，1998年1月
[15] 胡寿松，自动控制原理(第四版)，科学出版社，2002年2月
[16] 吴延海，微型计算机接口技术，华东师大出版社，1997年7月
[17] 刘镇、姜学智，“PID 整定方法综述”，电力系统自动化，1997年8月
[18] 杨智，“自整定 PID 调节器的设计方法”，甘肃工业大学学报，1998年3月
[19] 姚锡凡、陈统坚，“低压铸造液面加压控制系统的发展与趋势”，中国铸造设备与技术，1998年4月
[20] 章卫国，杨向忠，模糊控制理论与应用，西北工业大学出版社，1999年10月
[21] 明赐东，调节阀应用，中国科技出版社，1989年6月
[22] National Instruments Corporation, Using External Code in LabVIEW, July 2000
[23] National Instruments Corporation, LabVIEW User Manual, July 2000
[24] National Instruments Corporation, PID Control Toolset User Manual, November 2001
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