專利名稱:煤膠質(zhì)層測定溫度調(diào)節(jié)裝置的計(jì)算機(jī)控制程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及煤膠質(zhì)層測定中溫度調(diào)節(jié)的計(jì)算機(jī)控制程序。
目前,在煤膠質(zhì)層測定中一般都采用由常規(guī)儀表組成的儀表型控溫儀或由單片機(jī)組成的數(shù)顯型控溫儀來控制升溫速率。前者易產(chǎn)生較大的電流沖擊,并且當(dāng)兩個(gè)爐子同時(shí)做對比實(shí)驗(yàn)時(shí),其溫度常常出現(xiàn)差異;后者一般僅有數(shù)字顯示,若要觀察升溫曲線,則需要另外配一個(gè)記錄儀表。
本發(fā)明的目的是用計(jì)算機(jī)來自動(dòng)控制煤膠質(zhì)層測定中的升溫速率。
本發(fā)明是一種計(jì)算機(jī)控制程序,對由計(jì)算機(jī)及接口電路、控制回路、電爐所構(gòu)成的煤膠質(zhì)層測定溫度調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行自動(dòng)控制,對實(shí)驗(yàn)過程中的溫度變化情況分別以數(shù)字方式和曲線方式加以顯示,對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在磁盤上保存或用打印機(jī)打印出來,對存儲(chǔ)在磁盤上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可分別以數(shù)據(jù)方式和曲線方式顯示。
煤膠質(zhì)層測定溫度調(diào)節(jié)裝置如
圖1所示,它由計(jì)算機(jī)及接口電路、控制回路、電爐等組成。電爐是測定煤樣的加熱裝置,加熱元件為硅碳棒;控制回路是控制加熱電爐的儀表箱,由可控硅及觸發(fā)電路組成,其中有手動(dòng)及自動(dòng)兩種工作方式。手動(dòng)方式是通過人工控制電爐的升溫速率;自動(dòng)方式是由溫度傳感器測量煤樣的溫度W,再通過計(jì)算機(jī)控制程序和計(jì)算機(jī)接口電路對控制回路中可控硅導(dǎo)通角的大小加以調(diào)節(jié),從而改變升溫速率當(dāng)W高于程序設(shè)定溫度時(shí),應(yīng)減小可控硅導(dǎo)通角;反之,當(dāng)W低于程序設(shè)定溫度時(shí)則應(yīng)增大可控硅導(dǎo)通角,以維持煤樣溫度W始終跟隨程序設(shè)定值。
本發(fā)明中煤樣溫度W的升溫規(guī)律是由計(jì)算機(jī)程序控制的,為了實(shí)現(xiàn)某一時(shí)刻對應(yīng)于某一溫度,采用了位置式比例、積分、微分控制算法,即位置式PID控制算法,其計(jì)算公式如下un=Ken+KTTiΣj=1nej+KTdT(en-en-1)+uo----(1)]]>其中un——第n次采樣時(shí)的控制量uo——控制量的初始值Wn——第n次采樣時(shí)被控參數(shù)的實(shí)際值Gn——第n次采樣時(shí)的設(shè)定值en——第n次采樣時(shí)的控制偏差值(en=Gn-Wn)en-1——前一采樣周期時(shí)的控制偏差值K——比例系數(shù)Ti——積分時(shí)間Td——微分時(shí)間T——采樣周期由公式(1)中的積分項(xiàng)Sn=KTTiΣj=1nej----(2)]]>可以看出,若改變積分時(shí)間Ti,則對積分項(xiàng)Sn影響較大,又由于積分項(xiàng)Sn占控制量un的主要成份,則將對控制量產(chǎn)生影響,將公式(2)作如下變換Sn=KTTiΣj=1n-1ej+KTTien----(3)]]>由公式(3)可見,由于KTTiΣj=1n-1ej>>KTTien,]]>所以按公式(3)計(jì)算,在n時(shí)刻改變積分時(shí)間Ti,對積分項(xiàng)Sn的值幾乎無影響,因而使控制量un不會(huì)產(chǎn)生異常的改變。
實(shí)際上,Gn是根據(jù)運(yùn)行時(shí)間計(jì)算出的應(yīng)達(dá)到的溫度值,即設(shè)定值;Wn是由溫度傳感器檢測出來的訊號通過A/D轉(zhuǎn)換和I/O接口輸入計(jì)算機(jī)后計(jì)算出的煤樣溫度,然后通過PID計(jì)算得到控制量un,再經(jīng)I/0接口及D/A轉(zhuǎn)換電路變成0-10mA控制訊號輸出,控制可控硅的導(dǎo)通角,以達(dá)到控制電爐功率及煤樣溫度始終跟隨程序設(shè)定溫度的目的。
圖2是煤膠質(zhì)層測定溫度控制的流程圖。其中,emax為偏差的上界值,sn-1為上一次積分項(xiàng)的值,smax為積分項(xiàng)的上界值。
程序啟動(dòng)后,首先進(jìn)行初始化,置入所需的P、I、D等初始數(shù)值,然后進(jìn)行溫度檢測得到Wn,再進(jìn)行PID計(jì)算。先根據(jù)運(yùn)行時(shí)間計(jì)算出設(shè)定溫度Gn及偏差值en,再判斷en是否超限,對en加以限制,以防止電爐中負(fù)載電流過大,然后進(jìn)行積分項(xiàng)計(jì)算,判斷Sn是否超限,對Sn加以限制,以防止積分值過大產(chǎn)生積分飽和效應(yīng)。然后計(jì)算控制量un,再把un送D/A轉(zhuǎn)換地址單元,變成0-10mA電流訊號,控制可控硅導(dǎo)通角,將溫度檢測數(shù)據(jù)暫存緩沖區(qū),以便顯示溫度曲線及實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)存盤保留。然后為下一次計(jì)算作準(zhǔn)備,使en-1=en。把實(shí)驗(yàn)過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)送屏幕顯示,判斷是否要修改P、I、D參數(shù),是否到采樣時(shí)間。采樣時(shí)間到后再看是否到實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)間,如沒到則繼續(xù)重新開始溫度檢測和PID計(jì)算,周而復(fù)始地重新執(zhí)行;若實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)間到,則使控制量置零,即un=0,切斷控制回路的輸出,整個(gè)實(shí)驗(yàn)停止。這時(shí)可將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)果以文件的方式存儲(chǔ)在磁盤上,以備查看,也可以將數(shù)據(jù)用打印機(jī)打印出來。查看數(shù)據(jù)時(shí),既能以數(shù)據(jù)方式查看,也能以曲線方式查看。整個(gè)程序運(yùn)行過程中的顯示圖文結(jié)合,并有中文提示。
用計(jì)算機(jī)來自動(dòng)控制煤膠質(zhì)層測定中的升溫速率,其好處在于(1)由于在計(jì)算機(jī)控制程序中對偏差值加以限制,可以克服儀表型控溫儀易產(chǎn)生電流沖擊過大的問題。
(2)由于在計(jì)算機(jī)控制程序中溫度設(shè)定值是根據(jù)運(yùn)行時(shí)間計(jì)算出來的數(shù)值,在兩個(gè)電爐同時(shí)做實(shí)驗(yàn)時(shí)其設(shè)定值能保證完全一致,可減小對比實(shí)驗(yàn)的誤差,而儀表型控溫儀的設(shè)定值是由同步電機(jī)帶動(dòng)滑線電阻的滑臂來改變滑線電阻的分壓比,兩個(gè)電爐的設(shè)定值是由兩個(gè)滑線電阻來完成的,欲使兩個(gè)設(shè)定值完全一致,通常難以實(shí)現(xiàn)。
(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)能自動(dòng)切斷控制回路,停止電爐加熱。
(4)顯示功能齊全。程序運(yùn)行過程中,圖文結(jié)合,并有中文提示,可顯示出運(yùn)行時(shí)間、溫度設(shè)定值、煤樣溫度、環(huán)境溫度、控制參數(shù)、控制輸出、溫度曲線等。
(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以文件方式存盤,查找方便,有利于管理。
與本控制程序配套的硬件系統(tǒng)中,計(jì)算機(jī)可采用公知的PC-286以上的任何一種個(gè)人計(jì)算機(jī),其顯示器為VGA彩顯或單顯,接口電路為常規(guī)的A/D與D/A接口板,控制回路為常規(guī)的單相可控硅控制回路,電爐為煤膠質(zhì)層測定實(shí)驗(yàn)專用的標(biāo)準(zhǔn)電爐。
實(shí)施例下面結(jié)合附圖給出用計(jì)算機(jī)來自動(dòng)控制煤膠質(zhì)層測定中的升溫速率的實(shí)施例。
圖1為煤膠質(zhì)層測定溫度調(diào)節(jié)裝置的方框圖。
圖2是煤膠質(zhì)層測定溫度控制程序流程圖。
在圖1所示溫度調(diào)節(jié)裝置中,由熱電偶測量出煤樣的溫度訊號,此溫度訊號送給計(jì)算機(jī)接口電路的模擬量輸入通道,經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后,由模擬量輸出通道輸出0-10mA訊號到控制回路,調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角以維持煤樣溫度為設(shè)定值。
該控制程序由BASIC語言編寫。程序啟動(dòng)后,首先進(jìn)行初始化,由隨機(jī)文件調(diào)入PID控制參數(shù)及線性插值表,比例系數(shù)P=1/K=40,積分時(shí)間Ti=960秒,微分時(shí)間Td=10秒,采樣周期T=2秒,初始設(shè)定值G0等于初始煤樣溫度W0,初始控制量u0=30,其中,PID控制參數(shù)可在程序運(yùn)行過程中由操作員通過鍵盤進(jìn)行修改。
煤樣溫度W的控制由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn),采用位置式PID控制算法,其計(jì)算公式如下un=Ken+KTTiΣj=1nej+KTdT(en-en-1)+uo----(1)]]>其中un——第n次采樣時(shí)的控制量uo——控制量的初始值Wn——第n次采樣時(shí)被控參數(shù)的實(shí)際值Gn——第n次采樣時(shí)的設(shè)定值en——第n次采樣時(shí)的控制偏差值(en=Gn-Wn)en-1——前一采樣周期時(shí)的控制偏差值K——比例系數(shù)Ti——積分時(shí)間Td——微分時(shí)間T——采樣周期首先進(jìn)行溫度檢測得到Wn,然后根據(jù)運(yùn)行時(shí)間計(jì)算出設(shè)定溫度Gn運(yùn)行時(shí)間為0-30分鐘時(shí),所對應(yīng)的設(shè)定溫度為0-250℃,即每分鐘8.33℃;運(yùn)行時(shí)間為30-190分鐘時(shí),設(shè)定溫度為250-730℃,即每分鐘3℃。然后計(jì)算偏差值en,對en加以限制,當(dāng)運(yùn)行時(shí)間為0-30分鐘時(shí),偏差上界值emax=40;運(yùn)行時(shí)間為30-190分鐘時(shí),emax=20,以限制電爐中負(fù)載電流,然后計(jì)算積分項(xiàng)Sn,判斷Sn是否超限,對Sn加以限制,以防止積分值過大產(chǎn)生積分飽和效應(yīng),取Sn的上界值Smax=130。然后計(jì)算控制量un,再把un送D/A轉(zhuǎn)換地址單元,變成0-10mA電流訊號,控制可控硅導(dǎo)通角,將溫度檢測數(shù)據(jù)暫存緩沖區(qū),以便顯示溫度曲線及實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)存盤保留。然后為下一次計(jì)算作準(zhǔn)備,使en-1=en。然后判斷是否到采樣時(shí)間,采樣時(shí)間到再判斷是否到實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)間,若沒到結(jié)束時(shí)間則程序又返回到溫度檢測部分,程序周而復(fù)始地進(jìn)行下去,直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)間到為止;若到實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)間,則使控制量un=0,切斷控制回路的輸出,然后程序退出到操作菜單,此時(shí)可選則數(shù)據(jù)存盤及打印等功能。
本例所列參數(shù)為控制回路電源電壓為單相220伏、加熱電爐中硅碳棒阻值為5歐姆時(shí)所用,當(dāng)硅碳棒阻值不同時(shí),可適當(dāng)調(diào)整PID控制參數(shù)來使升溫速率符合要求。
權(quán)利要求
1.一種由計(jì)算機(jī)、接口電路、打印機(jī)、控制回路、電爐所組成的以數(shù)字方式和曲線方式顯示并可存儲(chǔ)、打印的煤膠質(zhì)層測定溫度調(diào)節(jié)裝置的計(jì)算機(jī)控制程序,其特征在于煤樣溫度W的升溫規(guī)律是由計(jì)算機(jī)程序控制的,為了實(shí)現(xiàn)某一時(shí)刻對應(yīng)于某一溫度,采用了位置式比例、積分、微分控制算法,即位置式PID控制算法,其計(jì)算公式如下Un=Ken+KTTiΣj=1nej+KTdT(en-en-1)+Uo----(1)]]>其中un——第n次采樣時(shí)的控制量uo——控制量的初始值Wn’——第n次采樣時(shí)被控參數(shù)的實(shí)際值Gn——第n次采樣時(shí)的設(shè)定值en——第n次采樣時(shí)的控制偏差值(en=Gn-Wn)+ en-1——前一采樣周期時(shí)的控制偏差值K——比例系數(shù)Ti——積分時(shí)間Td——微分時(shí)間T——采樣周期100293.1由公式(1)中的積分項(xiàng)Sn=KTTiΣj=1nej----(2)]]>可以看出,若改變積分時(shí)間Ti,則對積分項(xiàng)Sn影響較大,又由于積分項(xiàng)Sn占控制量un的主要成份,則將對控制量產(chǎn)生影響,將公式(2)作如下變換Sn=KTTiΣj=1n-1ej+KTTien----(3)]]>由公式(3)可見,由于KTTiΣj=1n-1ej>>KTTien,]]>所以按公式(3)計(jì)算,在n時(shí)刻改變積分時(shí)間Ti,對積分項(xiàng)Sn的值幾乎無影響,因而使控制量un不會(huì)產(chǎn)生異常的改變;實(shí)際上,Gn是根據(jù)運(yùn)行時(shí)間計(jì)算出的應(yīng)達(dá)到的溫度值,即設(shè)定值;Wn是由溫度傳感器檢測出來的訊號通過A/D轉(zhuǎn)換和I/O接口輸入計(jì)算機(jī)后計(jì)算出的煤樣溫度,然后通過PID計(jì)算得到控制量un,再經(jīng)I/O接口及D/A轉(zhuǎn)換電路變成0-10mA控制訊號輸出,控制可控硅的導(dǎo)通角,以達(dá)到控制電爐功率及煤樣溫度始終跟隨程序設(shè)定溫度的目的;程序啟動(dòng)后,首先進(jìn)行初始化,置入所需的P、I、D等初始數(shù)值,然后進(jìn)行溫度檢測得到Wn,再進(jìn)行PID計(jì)算;先根據(jù)運(yùn)行時(shí)間計(jì)算出設(shè)定溫度Gn及偏差值en,再判斷en是否超限,對en加以限制,以防止電爐中負(fù)載電流過大,然后進(jìn)行積分項(xiàng)計(jì)算,判斷Sn是否超限,對Sn加以限制,以防止積分值過大產(chǎn)生積分飽和效應(yīng);然后計(jì)算控制量un,再把un送D/A轉(zhuǎn)換地址單元,變成0-10mA電流訊號,控制可控硅導(dǎo)通角,將溫度檢測數(shù)據(jù)暫存緩沖區(qū),以便顯示溫度曲線及實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)存盤保留;然后為下一次計(jì)算作準(zhǔn)備,使en-1=en;把實(shí)驗(yàn)過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)送屏幕顯示,判斷是否要修改P、I、D參數(shù),是否到采樣時(shí)間;采樣時(shí)間到后再看是否到實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)間,如沒到則繼續(xù)重新開始溫度檢測和PID計(jì)算,周而復(fù)始地重新執(zhí)行;若實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)間到,則使控制量置零,即un=0,切斷控制回路的輸出,整個(gè)實(shí)驗(yàn)停止;這時(shí)可將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)果以文件的方式存儲(chǔ)在磁盤上,以備查看,也可以將數(shù)據(jù)用打印機(jī)打印出來;查看數(shù)據(jù)時(shí),既能以數(shù)據(jù)方式查看,也能以曲線方式查看。
全文摘要
本發(fā)明涉及煤膠質(zhì)層測定中溫度調(diào)節(jié)的計(jì)算機(jī)控制程序。由溫度傳感器檢測出來的訊號通過A/D轉(zhuǎn)換和I/O接口輸入計(jì)算機(jī)后計(jì)算出的煤樣溫度,然后通過PID計(jì)算得到控制量U
文檔編號G06F19/00GK1128379SQ9511399
公開日1996年8月7日 申請日期1995年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月18日
發(fā)明者姚邑柏 申請人:冶金工業(yè)部鞍山熱能研究院