控制器范文

控制器篇1

【关键词】继电器，PLC，系统差异与联系，配合使用

一、继电器

继电器广泛应用在机械自动化的控制电路中，它是一种电控制器件，当输入量的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系，利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。实际上就是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”，但与一般开关不同，它是以电磁力来控制切换方向的电开关。在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。继电器具有简单可靠，价格低廉，简单易用，干扰小等优点。

二、可编程控制器（PLC）

可编程控制器，即PLC（ProgrammablelogicController），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”它具有可靠性高，抗干扰能力强、功能完善，适用性强、系统的设计建造工作量小，维护方便，容易改造、体积小，重量轻，能耗低等诸多优点。目前，可编程控制器在国内外的使用情况大致可归纳为对开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信及联网。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

三、传统继电器控制系统与可编程控制系统的区别与联系

可编程控制系统与继电器控制系统都是按照逻辑关系执行的，为了方便熟悉继电器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。可以说PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，二者的信号的输入/输出形式及控制功能基本上也是相同的。二者不同的方面体现在：1、实现控制逻辑所用的硬件不同。 继电器控制系统，其逻辑功能由传统的继电器来完成的，继电器的动作一般与电磁有关。 可编程控制系统是基于各种“门电路”的一种集成式的控制器。其工作状况与计算机更接近。对于已经接好的线路，可以通过改变PCL的程序来改变控制逻辑和参数，所以可编程控制系统的灵活性和可扩展性更好。2、工作方式不同，继电器控制线路中当电源接通时，各继电器同时都处于受控状态，属于并行工作方式。PLC的用户程序是按一定顺序循环执行的，各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，属于串行工作方式。3、继电器控制系统中使用了许多中间继电器、时间继电器，机械触点和连线多，受环境影响强，故障率高。可编程控制系统采用微电子技术，开、关动作由无触点的半导体电路来完成，还配有自检和监督功能，安全稳定可靠。4、继电器控制系统依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，有抖动问题。PLC采用无触点动作，响应速度快，且没有抖动问题。5、定时控制方面，继电器控制逻辑采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器存在定时精度不高，定时范围小。可编程控制系统采用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶振产生，精度高，定时范围广，调整时间方便，并有计数功能。另外，继电器控制系统适用于简单一些的逻辑控制，而可编程控制系统可以实现更复杂的逻辑控制。

四、继电器与可编程控制器的配合使用

虽然与继电器相比，PLC有许多的优势，但继电器和PLC在控制系统中总是相辅相成的，传统继电器有它存在的特殊意义和功能，它不会被PLC所完全取代。

首先，PLC代替的是一些中间继电器，而输入、输出继电器没有完全被替代。之前输入与输出间有大量中间继电器，采用硬接线，成本高，故障率高，更改不便。而用PLC替代后这些中间继电器变成了CPU中的一个个存储位，相互间的逻辑关系通过更改程序来实现。比如电机运行的控制，以前用继电器控制，现在主要是用PLC控制，PLC控制替代的只是继电器控制中的中间继电器部分，直接控制元器件部分的继电器是没有办法替代的，还是需要用到继电器的。另外PLC也不是完全就是用来替代继电器的，PLC本身还有许多功能，比如模拟量功能，数据处理功能和通讯功能等等。

控制器篇2

1、电磁吸盘控制器：交流电压380V经变压器降压后，经过整流器整流变成110V直流后经控制装置进入吸盘此时吸盘被充磁，退磁时通入反向电压线路，控制器达到退磁功能。

2、门禁控制器：门禁控制器工作在两种模式之下。一种是巡检模式，另一种是识别模式。在巡检模式下，控制器不断向读卡器发送查询代码，并接收读卡器的回复命令。这种模式会一直保持下去，直至读卡器感应到卡片。当读卡器感应到卡片后，读卡器对控制器的巡检命令产生不同的回复，在这个回复命令中，读卡器将读到的感应卡内码数据传送到门禁控制器，使门禁控制器进入到识别模式。在门禁控制器的识别模式下，门禁控制器分析感应卡内码，同设备内存储的卡片数据进行比对，并实施后续动作。门禁控制器完成接收数据的动作后，会发送命令回复读卡器，使读卡器恢复状态，同时，门禁控制器重新回到巡检模式。

（来源：文章屋网 ）

控制器篇3

1、太阳能控制器应用于太阳能光伏系统中，它全称太阳能充放电控制器，协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏系统中非常重要的组件。使整个太阳能光伏系统高效，安全的运作。

2、太阳能路灯控制器主要用于家庭、商业区、工厂、交通、牧区、通信以等太阳能供电系统。

（来源：文章屋网 ）

控制器篇4

关键词：变压器；冷却控制系统；硬件

1变压器冷却控制系统控制模块的设计总体思想

本文所进行的就是对变压器冷却控制系统控制器模块进行设计，其中包括了可以对主变压器风扇投入与切除的温度范围进行自行设定，也可以按照用户的要求而变化。在传统控制方式中，风扇投切的温度限制值是不能改变的，此外，风扇电机的启动和停止温度有一余量，不像传统的控制方式中是一个定值，避免了频繁启动的缺陷，此外还有运行、故障保护及报警等信号的显示及其与控制中心或调度中心的通讯，上传这些信息，如变压器油温、风扇运行状态有无故障等。至于风扇的分组投切设置是为了节约电能，具有一定的经济意义，但这个分组数不宜过多，以免控制复杂，且散热效果不佳。

控制器主要由at89cs1单片机、a/d转换器、键盘控制芯片，输出模块、通讯模块以及自动复位电路等组成，其中单片机是控制器的核心，aid转换器是把输入信号转换为数字信号。

2变压器风扇控制系统的硬件接线

基于以上的要求，我们设计的风扇控制器的硬件线路图如下页图1所示。变压器风扇控制中对控制模块进行改进是本文研究的重点，其中包括主要芯片的选用以及一些抗干扰元件的使用。所以在本章节中，我们重点将要介绍变压器风扇冷却控制模块中的主要硬件芯片的作用、选用以及它们之间的连接力一法。

（1）单片机at89c51（如图1）。

at89c51是atmel公司生产的一种低功耗，高性能的8位单片机，具有8k的flash可编程只读存储器，它采用atmel公司的高密度不易丢失的存储器技术，并且和工业标准的80c51和80c52的指令集合插脚引线兼容，其集成的flash允许可编程存储器可以在系统或者通用的非易失性的存储器编程中进行重新编程。at89c51集成了一个8位的cpu， 8k的flash。256字节的edam， 32位的i/0总线。三个16字节的定时器/计数器，两级六中段结构，一个全双工的串行口，振荡器及时钟电路。at89c51是完成系统的数据处理和系统控制的核心，所有其它器件都受其控制或为其服务。

在本文中，经过tlc 1543 a/d转换器后输出的数字量输入到at89c51单片机中，同时在进行了温度参数的设置以后，进行它的输出控制，其中包括了变压器的温度显示、状态显示、以及声音报警设备等等，也就是我们所研究的变压器冷却控制系统的核心部分。

（2）变压器的温度采集及温度处理模块。在变压器的风扇冷却自动控制系统中，第一步进行的就是对变压器上层油温进行的温度采集工作。变压器的温度采集是由变压器的温度控制器来实现的，其中包括铂电极、传感器以及变送器。经过温度控制器输出的信号进入变送器，变送器送出一个4一20毫安的电流信号，然后将此电流信号通过控制芯片上的电阻元件实现电流电压信号的转换，转换后的电压是在0.4一2（伏特）之间，然后将此电压信号输入到tlc 1543数模转换器，进行信号处理。变送器输出信号有电流和电压信号两种，考虑到变压器安装的位置（室外）距本控制装置（室内）有一定的距离，电流信号不易损失，故选择了4一20毫安的电流信号。

（3）11通道10位串行a/d转换器丁lc1543。

tlc1543 a/d转换器是美国ti公司生产的众多串行a/d转换器中的一种，它具有输入通道多、转换精度高、传输速度快、使用灵活和价格低廉等优点，是一种高性价的模数转换器。tlc 1543是cmos，10位开关电容逐次逼近模数转换器。它有三个输入端和一个3态输出端：片选（cs），输入/输出时钟（i/0 clock），地址输入和数据输出（dataout）。这样通过一个直接的四线接口与卞处理器或的串行口通讯。片内还有14通道多路选择器可以选择11个输入中的任何一个三个内部自测试（self-test）电压中的一个。

（4）bc7281 128段led显示及64键键盘控制芯片。

bc7281是16位led数码管显示器键盘接口专用控制芯片，通过外接移位寄存器（典型芯片如74hc164， 74ls595等），最多可以控制16位数码管显示或128支独立的led。 bc7281的驱动输出极性及输出时序均为软件可控，从而可以和各种外部电路配合，适用于任何尺寸的数码管。

bc7281各位可独立按不同的译码方式译码或不译码显示，译码方式显示时小数点不受译码影响，使用方便；bc7281内部还有一闪烁速度控制寄存器，使用者可随时改变闪烁速度。

bc7281芯片可以连接最多64键c8*8）的键盘矩阵，内部具有去抖动功能。它的键盘具有两种工作模式，bc7281内部共有26个寄存器，包括16个显示寄存器和10个特殊（控制）寄存器，所有的操作均通过对这26个寄存器的访问完成。

bc7281采用高速二线接口与mcu进行通讯，只占用很少的i/o资源和主机时间。

bc7281在本系统中主要用于驱动变压器温度显示的led以及显示风扇运行状态的指示灯。

前已提及，bc7281芯片内部共有26个寄存器，包括16个显示寄存器和10个特殊功能寄存器，共用一段连续的地址，其地址范围是ooh-19h，其中ooh-ofh为显示寄存器，其余为特殊寄存器。

（5）使用max232实现与pc机的通讯。

①max232芯片简介

max232芯片是1viax工m公司生产的低功耗、单电源双rs232发送/接收器，适用于各种e工a-232e和v.28； v.24的通信接口，1viax232芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5v电源变换成rs-2320输出电平所需±10v电压，所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的+5v电源就可以。

我们的设计电路中选用其中一路发送/接收，rlou t接mcs一51的rxd ， t 1工n接mcs一51的txd， tlout接pc机的rd，rl工n接pc机的td1。因为max232具有驱动能力，所以不需要外加驱动电路。

系统中使用了此技术之后就实现了变压器风扇冷却系统的远程控制，工作人员可以在控制室对冷却系统进行控制，可以达到方便、准确、快捷的日的，这也是我们对传统的风扇冷却控制系统而做的一个重要的改进。

②串行通讯

在此实现中，我们必须要对mcs-51串行接日和pc机串行接日的串行通讯要有一定的了解，串行通信是指通信的发送方和接收方之间数据信息的传输是在单根数据线上，以每次一个二进制位移动的，它的优点是只需一对传输线进行传送信息，囚此其成本低，适用于远即离通信；它的缺点是传送速度低；串行通信有异步通信和同步通信两种基本通信方一式，同步通信适用于传送速度高的情况，其硬件复杂；而异步通信应用于传送速度在50到19200波特之间，是比较常用的传送方式，本文中使用的就是异步通讯方式。

（6）“看门狗”电路ds1232

在系统运行的过程中，为了避免因干扰或其他意外出现的运行中的死机的情况，“看门狗电路”ds1232会自动进行复位，并且能够重读eeprom中的设置，以保证系统可以安全正常的运行。

美国dallas公司生产的“看门狗”（watchdog）集成电路ds1232具有性能可靠、使用简单、价格低廉的特点，应用在单片机产品中能够很好的提高硬件的抗干扰能力。

ds1232具有以下特点：

①具有8脚dip封装和16脚soic贴片封装两种形式，可以满足不同设计要求；

②在微处理器失控状态卜可以停止和重新启动微处理器；

③微处理器掉电或电源电压瞬变时可自动复位微处理器；

④精确的5%或10%电源供电监视；

在本变压器冷却控制系统中，ds1232作为一定时器来起到自动复位的作用，在ds1232内部集成有看门狗定时器，当ds1232的st端在设置的周期时间内没有有效信号到来时，ds1232的rsr端将产生复位信号以强迫微处理器复位。这一功能对于防止由于干扰等原因造成的微处理器死机是非常有效的，因为看门狗定时器的定时时间由ds1232的td引脚确定，在本设计中，我们将其td引脚与地相接，所以定时时间一般取为150ms。

3结论

本装置实现了通过单片机自动控制冷却器的各种运行状态并能精确监测变压器的油温和冷却器的各种运行、故障状态，显示了比传统的控制模式的优越性。（1）能够对变压器油温进行监测与控制；（2）实现了变压器冷却器依据不同油温的分组投切，延长了冷却器的使用寿命，有较好的经济意义； （3）实现了冷却系统的各种状况，如油温、风扇投切和故障等信息的上传，便于值班员、调度员随时掌握情况。

由于固态继电器实现了变压器的无触点控制，解决了传统的控制回路的弊端，同时此控制装置具有电机回路断相与过载的保护功能。由于使用了单片机，因而具有一定的智能特征，实现了油温、风扇的投入、退出和故障等信号的显示以及上传等。通过实际运行表明，该装置的研制是比较成功的。但今后，我们还应该对固态继电器本身的保护进行一些研究，以免主回路因电流过大而造成固态继电器的损坏，以使变压器风扇冷却控制回路更加完善。

参考文献

1张建国，索南加乐.具有温度预测的变压器油温测控的研制[r]，西安交通大学硕士学位论文，2001.

控制器篇5

关键词：选相位控制器；合闸延时时间；分闸延时时间

1 引言

选相位控制器在电力系统变电站中，与具有稳定分/合闸时间的断路器配合使用，是为分相操作断路器设计的专用控制器。可以在适当的施加电压相位准确开合，达到减小瞬变电压电流对系统及负载的冲击和危害的目的。

2 概述

2.1 选相位控制器的基本原理

使用选相位控制器时，若分/合闸如选定在合理的施加电压相位，可有效地减小瞬变电压电流对系统及负载的冲击和危害，并可延长断路器的寿命。特别是对切合并联电容器组， 切合并联电抗器及切合变压器等工况采用选相切合可有效地减小涌流及瞬变电压，由于断路器生产技术及工艺的不断进步，其分/合闸时间的分散性已大为改善，较好地稳定在1毫秒内，因而使选相合/分成为可能。传统的分/合闸概念是断路器直接接收分/合闸命令，执行分/合闸操作，而不论施加电压在什么相位；选相位操作的概念是断路器不直接接收分/合闸命令，由选相位控制器在接收到分/合闸命令后，依据设定的参数值，在施加电压的确定相位向断路器发出分/合闸命令，以达到减小瞬变电压电流的目标。

2.2 选相位控制器的特点

2.2.1 采用FPGA而不是传统的单片机以期得到更高的可靠性；

2.2.2 单片机只用于显示及输入接口；

2.2.3 配合具有稳定分/合闸时间的断路器，在变压器，并联电抗器及电容器切合时减小瞬变电压电流对系统及负载的冲击和危害；

2.2.4 在跟踪方式可测定实际合闸相位，并以此校正下次合闸设定值，自动跟踪断路器由于磨损累积引起的合闸时间变化；

2.2.5 设置数据掉电保持；

2.2.6 操作结果存储保持，可供后续分析监视断路器相关状态；

2.2.7 配上位机接口，可用上位机读取存储数据。

2.3 参数物理意义

2.3.1 合闸操作

（1）合闸时间TB。断路器接到合闸命令到断路器动静触头接触的时间。

（2）合闸延时时间TD1。选相合闸操作的最佳相位三相是不同的，对分相动作的断路器， 通常与选定的参考电压有确定的关系， 三相相位差的取值取决于以哪一相与输入的参考电压同相。三相相位差与参考电压过零点之差用TD1表示。

（3）合闸延时时间TD2。断路器的分合闸时间及介质强度有一定的分散性，统计表明，合闸时刻晚于理论上最佳点常可提高击穿电压，此时间用TD2表示，不同的断路器应有各自的统计值，设值时应按照断路器生产厂提供的数值.

（4）合闸延时时间TD3。断路器合闸时伴有一定的预击穿，统计表明，实际合闸时间（即从发出合闸命令到电流出现）短于从发出合闸命令到触头刚合的时间，此时间用TD3表示，不同的断路器应有各自的统计值，投运设置参数时应按照断路器生产厂提供的数值。

（5）温度补偿时间TC。开关的合闸时间随外界的温度而改变，TC是用来设置在不同温度下对合闸时间调整的参数.

温度补偿范围：-50℃～+50℃；对应0～2.5V；（+20℃设置值为0）。

温度50℃按50℃处理；温度补偿及电压补偿通道均加了2KV隔离；电压分辨率2.5V；温度补偿分辨率2.5℃。

（3）电压补偿时间TV。开关的合闸时间随合闸操作电压而改变，TV是用来设置在不同合闸电压下对合闸时间调整的参数。依220V（设置值为0）电压作为基准，220V时合闸时间=合闸时间+0，180V

电压补偿范围180V～240V；电压240V按240V处理；

2.3.2 分闸操作

（1）分闸时间TB。断路器接到分闸命令到断路器动静触头分离的时间。

（2）分闸延时时间TD1。选相分闸操作的最佳相位三相也是不同的， 通常与选定的参考电压有确定的关系，三相相位差的取值取决于以哪一相与输入的参考电压同相。三相相位差与参考电压过零点之差用TD1表示。分闸操作时应使燃弧时间在允许的燃弧区间内尽量长，以避免重击穿及重燃。也就是说在电流最后半波的前一个零点后使触头分开。所以分闸时TD1定义为各相电流最后半波的前一个零点与参考电压零点之间的时间。

（3）分闸延时时间TD2。分闸延迟时间TD2定义为从各相电流最后半波的前一个零点到触头刚分的时间，不同的断路器应有各自的统计值，投运设值时应参考断路器生产厂提供的数值。

选相位控制器现场投运前应依据断路器的机械特性参数，予击穿统计参数，回路负载特性，回路接线方式，断路器的操作机构，参考电压相别及回检信号种类来设定各相动作时间。

3 相关参数设置

3.1 选择及范围

方式；------合；合/分 自适应；------是；否

合闸（TB）；---≤500.0ms 合闸（TD1）；---≤99.9ms

合闸（TD2）；---≤9.9ms 合闸（TD3）；----≤9.9ms

分闸（TB）；---≤500.0ms 分闸（TD1）；----≤99.9ms

分闸（TD2）；--≤9.9ms 分闸（TD3）；------≤9.9ms

温度补偿（TC）；------------是；否

电压补偿（TV）；------------是；否

3.2 方式选择

选择所要进行的操作方式

工作方式：单合 合分

3.2.1 输入合闸时间TB

合闸动作时间TB：

A： 000.0 ms B： 000.0 ms C： 000.0 ms

3.2.2 输入合闸延时时间TD1

合闸延时时间TD1：

A： 000.0 ms B： 000.0 ms C： 000.0 ms

3.2.3 输入合闸延时时间TD2

合闸延时时间TD2：

A： 000.0 ms B： 000.0 ms C： 000.0 ms

3.2.4 输入合闸延时时间TD3

合闸延时时间TD3：

A： 000.0 ms B： 000.0 ms C： 000.0 ms

3.2.5 合闸自适应模式选择

选“是”或“否”以确认是否工作在自适应或不自适应方式。

3.2.6 输入分闸时间TB

分闸动作时间TB：

A：000.0 ms B： 000.0 ms C： 000.0 ms

3.2.7输入分闸延时时间TD1

分闸延时时间TD1：

A： 000.0 ms B： 000.0 ms C： 000.0 ms

3.2.8输入分闸延时时间TD2

分闸延时时间TD2：

A： 000.0 ms B： 000.0 ms C： 000.0 ms

3.2.9输入分闸延时时间TD3

分闸延时时间TD3：

A： 000.0 ms B： 000.0 ms C： 000.0 ms

4 结束语

选相位控制器在电力系统中的应用将会越来越广泛，其与分相控制断路器的密切配合，可以达到减小瞬变电压电流对系统及负载的冲击和危害的目的，更有利于系统的稳定运行。

参考文献

[1]选项合闸器在电力系统中的应用[Z].

控制器篇6

【关键词】模糊PID控制；自适应；伺服控制器

1.引言

电机伺服控制系统一般是由供电设备、伺服控制器、伺服驱动器、减速器、电机等几部分组成。因为伺服系统的性能是由其伺服控制器决定的，所以伺服控制器的优劣决定着伺服系统的响应时间、跟踪精度以及稳定性。而对伺服控制器的研究，就是对其控制原理、控制算法的研究[1]。

PID控制算法由于原理简单、易于实现、鲁棒性好、适应范围广等优点，被广泛应用于过程控制及运动控制中。而常规的PID控制器对被控对象特性依赖较大，一旦对象模型不精确、对象参数发生变化或忽略了非线性的影响以及负载变化的影响时，控制品质变差[2、3]。

针对常规PID控制器的不足，本文拟采取自适应的控制方法，在达到技术指标同时解决上述问题。考虑到工程化时算法必须简单有效，决定对伺服控制器的位置环采用模糊自适应PID控制。该方案是由PID控制器和Fuzzy自整定机构组成，Fuzzy自整定机构根据系统误差大小、方向及变化趋势等特征，通过Fuzzy推理，在线整定PID控制参数Kp、Ki、Kd。

2.模糊自适应PID控制器的设计

2.1 模糊自适应PID控制器原理

随着计算机及智能控制理论的不断发展，为复杂动态不确定系统的控制提供了新的方法，模糊控制理论便是其中之一。人们运用模糊数学的基本理论和方法，把规则的条件、操作，用模糊集表示，并把这些模糊控制规则以及有关信息作为知识存入计算机知识库中，然后计算机根据控制系统的实际响应情况，运用模糊推理，即可自动实现对PID参数的最佳调整，这就是模糊自适应PID控制。模糊自适应PID控制器既有模糊控制灵活、适应性强的特点，也有常规PID控制精度高的特点，在随机的环境中可以在线整定PID控制的参数，使被控对象在扰动的情况下仍然保持良好的性能[4]。

自适应模糊PID控制器由两部分构成，一部分是模糊推理、参数整定，另一部分是常规的PID控制器。

自适应模糊PID控制器的模糊推理、参数整定部分以误差e和误差变化ec作为输入，对其模糊化后，利用模糊控制规则在线对PID参数进行整定，将整定结果进行解模糊处理后求得常规PID控制器的比例、积分、微分系数Kp、Ki、Kd，并对其进行定标处理，以满足常规PID控制器定点算法的要求。

自适应模糊PID控制器结构如图一所示。

2.2 模糊PID参数整定的实现

PID参数的整定必须考虑到在不同时刻三个参数的作用以及相互之间的互联关系。模糊控制设计的核心是总结工程设计人员的技术知识和实际操作经验。对于一个典型的系统输出，可以根据系统的响应情况，即误差e与误差变化率ec来分析系统在不同的响应段对PID参数kp、ki、kd的要求。参数选取遵循下述原则：

（1）当∣e∣较大时，为了系统的响应速度，并避免开始时因e的瞬间变大，可能引起积分过饱和，因此应取kp较大而kd较小，同时为防止积分饱和，避免系统出现较大的超调，此时取ki=0；

（2）当∣e∣与∣ec∣为中等大时，为使系统响应的超调减小，kp、ki、kd不能取大，特别是ki应取较小值；

（3）当∣e∣较小时，为使系统有良好的稳态性能，消除系统的稳态误差，应增大ki的值，同时为避免系统在设定值附近出现震荡，同时考虑系统的抗干扰性，适当减小kd的取值。

按照上述的原则，取∣e∣与∣ec∣为模糊参数调整的输入语言变量，将系统误差e和误差变化率ec变化范围定义为模糊集上的论域。其模糊子集为e，ec={NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，子集中元素分别代表：负大，负中，负小，零，正小，正中，正大。建立合适的模糊规则表，得到针对kp，ki，kd三个参数分别整定的模糊控制表如下：

a.kp的模糊规则表（见表1）

b.ki的模糊规则表（见表2）

c.kd的模糊控制规则表（见表3）

kp，ki，kd的模糊控制规则表建立好后，根据各模糊子集的隶属度赋值表和各参数模糊控制模型，应用模糊合成推理设计PID参数的模糊矩阵表，查出修正参数代入下式进行计算。

其中：分别为PID初始系数。

进行逻辑控制时，首先对规则和成员函数进行定义。规则如表1、表2、表3所示，建立完毕后，开始定义模糊成员函数。在此设输入、输出成员函数为梯形。当输入、输出成员函数为梯形时，用折点和/或斜率就可以描述它。折点和斜率如图二所示。

完成规则和成员函数的定义后，在系统运行时，就可以根据规则进行模糊推理了。在推理完成后，应将推理结果进行反模糊化，以进行实际的位置控制。

反模糊处理阶段利用所得到的各种模糊输出值和数学方法计算出最终的系统输出值。在几个常用反模糊方法中，最简单的是最大值法。最大值法规定用给定输出u的最大值决定与输出相关的操作。最大值法很容易实现，但是当数据点落在多个区域中的话，这种方法就不能很好的体现出模糊控制的优点。

因此，此处采用的反模糊输出方法是重心法。如图三所示。

计算阴影部分的重心，这个重心值就为反模糊处理的输出值。这种方法虽然好，但计算复杂。重心法一种简单的处理是把图形当成矩形处理，有下面的公式：

（4）

这里n是输出的设置数，Vi是定义的矩形的长度，Ui是每种设置的隶属度。由这个公式得到的结果和重心法得到的结果相似，但容易实现。

3.伺服控制器的设计实现

3.1 伺服控制器的硬件设计

由于伺服系统的调速范围较宽、控制精度较高，因此采用成熟的磁场定向控制算法对电机进行速度控制。由于位置环采用模糊PID控制器实现，模糊推理过程的运算量较大，系统的实时性要求较高，为此选用ADI公司的BF506F型DSP进行设计。该芯片主频400MHz，内部集成4Mbytes的Flash、2路6通道PWM、12bit有效值的ADC，完全可以满足实际控制需求。

伺服控制器的逆变部分选用40A/600V的智能功率模块单元IM15400，该模块单元将IGBT及其驱动电路集成在一个模块上，降低了功率控制的设计难度。

伺服控制器的位置传感器性能直接关系到系统的控制精度，在此选择旋转变压器和旋变—数字转换器（RDC）—AD2S80组成位置测量系统。

伺服控制器的系统框图如图四。

3.2 伺服控制器的软件设计

在线运行过程中，伺服控制器的控制单元通过对模糊逻辑规则的结果处理、查表和运算，完成对PID参数的在线自校正[5]。其主要工作流程图如图五所示。

4.试验研究

本文进行调试实验，实验通过上位机发出位置指令，伺服控制器控制转台进行相应的位置跟踪，经过调试取得结果如下：

4.1 阶跃控制试验

系统的阶跃响应信号是分析伺服系统的重要指标，代表了系统的跟随性能和稳定控制精度（纵坐标单位：毫弧度）。

如图六所示，在阶跃跟踪过程中，电机启动较快、调转时间短、超调小，系统跟踪平稳、静态误差较小，符合系统的性能指标要求。

4.2 速度控制试验

速度控制实验主要用来考核系统快速响应的能力（纵坐标单位：毫弧度）。

如图七所示，在等速跟踪过程中，跟踪平稳，误差较小。

4.3 正弦控制试验

正弦信号包含了加速度信号，是检测系统动态性能响应的重要方法（纵坐标单位：毫弧度）。

如图八所示，误差趋势呈正弦形式，跟踪误差控制在较小的范围，表明系统具有较好的动态性能。

5.结论

本文针对常规PID控制器过分依赖控制对象的模型参数的缺陷，确定了自适应模糊PID伺服控制方案。并据此设计自适应模糊PID控制器的推理系统。试验结果表明：自适应模糊PID伺服控制器响应较快，跟踪平稳，应用效果较好。

但是，也应看到：在进行换向时控制系统的滞后较大，会出现短时超差。在以后的工作中，应针对此点，进行优化设计。

参考文献

[1]刘豹.现代控制理论[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]黄坚.自动控制原理及其应用[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，1992.

[4]刘金锟.先进PID控制及其MATLAB仿真[M].北京：电子工业出版社，2003.

控制器篇7

【关键词】雷达 单片机 模拟控制器 串口 软件设计 ACD采样

在雷达实训中由于雷达所处的位置经常受到周边环境影响，回波与真实情况有较大的差别，造成了训练针对性不强，电磁波影响健康、资源浪费等现象。雷达模拟训练器在没有电磁波的情况下实现真实的雷达回波，实训者采用鼠标控制雷达，但是由于和真实雷达差距较大，在实训方面并不实用。半实装模拟训练即采用真实雷达显示器和信号收发机的发生器相配套的训练方式，这种训练方式减少了电磁波辐射，但是信号发生器只能存储较少的回波类型。基于以上问题笔者提出了一种新型的雷达训练方式，采用真实雷达操作面板控制软件雷达模拟器，进而完成雷达训练。软件模拟器技术现阶段发展比较成熟，只要采用合适的接口就可以实现。本文设计的控制雷达模拟器操作控制板，以单片机为核心结合A/D采样，进而将电位器和按键转成代码，通过串口与电脑实现交互。因此在控制板设计中硬件和软件设计师核心。此款控制器可以实现多种类型雷达接近真机的便捷式操作训练。

1 硬件框图设计

雷达模拟器控制框图如图1所示，电位器电路可以实现多种环境下电路，电位器产生连续模拟电压信号要经过A/D采样后转化成数字信号，单片机发送数字信号给电脑进而实现对模拟器的控制，按键电路是雷达各类功能的开关，工作在高低电平，通过与门电路设计让按键扫描工作中断。电源为各类电器件提供电源，振荡元件晶振给单片机和接口芯片提供时钟。

2 单片机硬件电路设计

雷达控制面板控制按键一般有二十个左右，电位器有5个左右，所以在单片机选取方面考虑的是脚管是否够用，另外还要考虑到采样器是否自带和性价比是否合适，笔者选用的是宏晶公司生产的STC12C5A60S2控制芯片，它具有低功耗、高速、抗干扰能力比较强的8051单片机，在指令代码可以兼容8051，速度是上一代的11倍且可以自带10位A/D转换。

单片机设计重点在于考虑外部晶振频率的选用上，我们为了是定时器初值设为整数，利于USB串口可以对波特率金精确的通信传输，选用值为11.0592MHz。在电源上必须设置一开关，原因在于STC12C5A60S2只能在断电的情况下实现单片机的程序下载。开机复位键也是必须设置的，以适应单片机的复位控制。

3 USB串口电路设置

USB串口是一种通用的串口，用于PC于外部设备的数据传输，基友热插拔的功能，我们利用STC12C5A60S2的TXD与RXD串行通信引脚通过CH340芯片来实现串口USB的电路。本机采用Prolific推出的PL2303HX转换芯片实现串口USB的电路，PL2303HX用电阻和电容便可实现与电脑的数据通信。PL2303HX的TXD与RXD串行通信引脚要与单片机P3.0与P3.1做成差分处理链接。12MHz晶振为PL2303HX提高时钟，的电容用来起振电容。我们在D-和D+端口分别链接一个27Ω的终端匹配电阻以防止信号在端口形成反射现象。要实现枚举功能可以在D+端添加1.5kΩ上拉电阻。控制板用USB接口供电，需要在供电输出端利用C、C15两个电容进行对电源滤波进行处理。

4 按键和电位器的电路设计

按键电路功能是在实训者对按键施压后控制电脑模拟器软件以执行相应的功能，例如我们在按到电源开关键后，模拟器在蜂鸣后开始工作，我们在按键后要输出一个低电平给予单片机，大年及通过扫描确定是开关键后，发送给电脑一个二进制代码。因此我们在硬件设计中用最为简单的电路来实现，当未按下S1键，开关键通过上拉电阻接到电源，开关端电压为高电平，当S1被按下时，S1的1和4端链接，开关端接地，输出低电平，松开S1后，1和4端断开，开关恢复之前的高电平。

电位器电路是按钮控制电路，我们在旋钮进行控制时会产生持续的模拟电压信号以控制雷达功能，我们采用的单片机不能识别这种持续的信号，所以我们要把电压信号进行采样控制，在控制成本上考虑我们用单片机自带的采样器进行采样，把变化的电压发送到单片机P0口即可。我们设计的模拟软件界面变化有几十种，所以要对P0口模拟电压的大小进行计算。我们把发送给P0的电压保持在0到2V之间可以满足模拟软件升级的需要。

5 总结

将模拟信号通过单片机转换成二进制代码进而与PC对接可以实现对模拟软件的控制，由于采用USB串口，具有使用灵活，真实性强的特征。依据空中预警雷达的操作界面设计出基于STC12C5A60S2单片机雷达操控板，并对电路、USB串口、按键、电位器等硬件设计进行了简单的简绍。

参考文献

[1]舒亚海.舰载相控阵雷达反导技术研究[J].现代雷达，2013（04）.

[2]陈芳园，张冬松，王志英.异构多核处理器体系结构设计研究[J].计算机工程与科学，2011（12）.

[3]刘建，陈杰，敖天勇，许汉荆.片上异构多核DSP同步与通信的实现[J].电子科技大学学报，2010（04）.

[4]张晓平，王剑.基于嵌入式系统的雷达控制器[J].现代雷达，2004（04）.

作者单位

控制器篇8

关键词：电控系统 MPC 国产化研发与制造

由于ME型主机的电气零部件大都为进口件，其国外订货成本高，订货周期长，而且受制于人，因此柴油机制造厂家需提高柴油机电气配套零部件本土化率，做到降本增效，以适应船舶产品对主机性能要求不断提升的需求，提升国际船舶市场竞争能力。

1.MPC控制箱简介

ME柴油机MPC多功能控制系统通过把Multi Purpose Controller（MPC）多功能控制模块集中于箱体中实现的，组成包括（如图1）：主机界面控制单元（EICU），主要起到一个接口控制器的作用；主机控制单元（ECU），它集成了传统柴油机的部分遥控系统和调速器的功能；气缸控制单元（CCU）控制每缸的喷油、排气及气缸注油以及起动空气等；辅助控制单元（ACU）它控制主机的一些辅助设备，如鼓风机、HPS电动泵等；以及与其他一些控制单元共同组成了一套多功能控制系统。

2.MPC控制箱分类

根据箱体形式对MPC控制箱有三种分类：不带ECP接线盒的MPC控制箱、带ECP接线盒的MPC控制箱和ECC箱形式的MPC控制箱。

3.研究内容

MPC控制箱主要组成就是箱体、模块以及安装箱体的支架，我们通过对进口箱体的制造技术及工艺要求进行整理消化，对MPC箱体进行试制，以及对电子模块进行采购，并完成整套MPC控制箱的安装，接线，调试工作，并满足IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-3电磁兼容要求。从而满足MPC控制箱部分国产化的需要。

3.1MPC控制箱的试制

M PC控制箱，它包括ACU控制箱、ECU控制箱、CCU控制箱、EICU控制箱等，由于这些箱体内主要安装的元器件为多功能控制器模块，对于这种比较精密的模块来说，对环境与箱体的要求比较高，因此，MPC控制箱对EMC（电磁干扰）的要求，即对箱体的屏蔽性要求非常高，这也是此次攻关的难点。可谓万事开头难，我们进行了多次的市场调研，并经过对国产磁条的采集、试验，以及对箱体制造工艺的不断完善；将试制样品送于江苏省电子信息产品质量监督检验研究院（无锡）进行了电磁兼容（静电放电抗扰度试验、射频电磁场辐射抗扰度试验）型式认可试验并顺利取得证书，这是对我们产品至关重要的肯定。

3.2ECS、PDB等接线箱的试制

整个MPC板所包含的控制箱类型除了以上的箱体以外，还包括一些接线箱，如PDB接线箱、ECS接线箱、MOP接线盒、TSA接线盒等，这些箱体内部安装的元器件为接线端子，所以这对箱体电磁兼容性要求不高，但是对箱体的防护等级要求比较高，根据我们对进口铸造件的技术消化后，并在满足其防护等级的前提下，通过技术改进、工艺优化，我们把铸造件改成钣金件，并制造了PDB箱、ECS箱样品，并将样品送于704所进行防护等级试验，顺利取得IP66防护等级证书。这对于我们制造的箱体又是一次肯定，更重要的是以后批量生产后，对成本的节约是尤为可观的，对整个企业来说起到良好的降本增益的效果。

3.3ECC控制箱的试制

MPC控制箱的新一代机型，被命名为ECC控制箱，此种类型的MPC控制箱是将模块分别集中于两个大箱子内，另外，对于ECC控制箱接线工艺有所升级，对电缆敷线的要求、对屏蔽层翻边的处理比较特殊等等。虽然这种类型的控制箱固然存在很多优点，但是当存在很大优越性的同时也不排除存在劣势。由于箱体尺寸变大，模块集中，以及安装环境等一些不利因素的存在，这对我们的箱体能否在剧烈振动的环境中正常工作并无箱体破损是非常严重的考验，因此，基于这一点，我们将我们制造的样品送于试验所进行振动型式试验，并经过我们的不懈努力，在试验标准要求非常严苛的情况下，顺利通过了考验，成功的取得型式试验证书。

4.MPC控制箱的主要功能

M P C控制箱是M E柴油机电控系统的核心，其中主机控制单元（E C U）、主机界面控制单元（EICU）、辅助单元（ACU）、气缸控制单元（CCU）都采用相同的多功能控制模块（MPC）完成的，多功能控制模块集成了所有控制单元的硬件资源，只需要通过不同的软件实现不同的控制单元功能，这种设计思想有助于电控系统的标准化、模块化和可靠性要求，只要其中之一出现故障，就可以用其它单元替换（通过修改软件或者硬件跳线），大大增加了电控系统的可靠性和通用性。

5.突破的关键技术

MPC控制箱的制造工艺与常规的接线箱不同，这种箱子对电磁兼容和屏蔽性要求高，因此，对于ACU（ECU、CCU、EICU等）控制箱体采用2mm镀锌板作为钣金原材料，并且为了使箱体内部导电性能更好，要求只对箱体外部进行油漆，内部无需油漆，另外，最关键的一点就是我们采取面板内侧贴加导电泡棉的方式增强箱体屏蔽性和抗干扰能力，从而满足电磁兼容试验的要求。

另外，对于MPC控制箱的电缆敷线、接线工艺也比较特殊，首先对于ACU（ECU、CCU、EICU等）箱体形式的MPC控制箱，当填料函进线时，把填料函锁紧螺帽和内部芯套穿到电缆上，并将电缆屏蔽层360度均匀翻转在内部芯套上，把填料函内部芯套和屏蔽线塞进填料函本体中，然后锁紧螺帽，使电缆屏蔽层压紧在填料函本体与内部芯套上，因此保证电缆屏蔽层良好的接地。这道工序是非常关键的一步，既要起到良好的接地效果，又要做到翻边美观，无毛刺。其次，对于ECC控制箱类型，由于模块集中布置，模块与模块之间的连线，不需要通过填料函进线形式，都是在箱体内部完成，所以，这样的箱体每个模块旁边安装了一条屏蔽排，当电缆的屏蔽层经过360度翻边并经过处理后，绑在每个对应的屏蔽排处，保证电缆屏蔽层的良好接地。

对于MPC控制箱整套设备的调试工作是需要借助两台MOP主机来完成的，跟常规电器设备类似，MPC控制箱需要检查DC24V直流电源正负、绝缘性的好坏、接线的连通与否等等；另外需要特殊检查的就是借助MOP主机查看每个模块的网络连通状态是否良好，在网络状态良好的情况下，上传数据参数，利用软件完成对柴油机的各种控制、监测、故障诊断等任务。

6.研究成果和主要技术创新点

6.1研究成果

①完成了MPC控制箱样机的试制，并取得了电磁兼容型式试验报告及振动型式试验报告；②完成了PDB箱、ECS箱样机试制，并取得了IP66防护等级的试验报告；③MPC控制箱支架获得了实用新型技术专利证书；

6.2技术创新

①MPC控制箱的抗干扰性、电磁兼容性特点；②MPC控制箱的制造工艺与接线工艺的改进；③MPC控制箱形成系列化，可适用于各种ME机型的柴油机；④实用新型支架的设计，便于控制箱的安装、布线、调试及运输。

7.结束语

由于ME型主机是未来的发展趋势，而MPC控制箱又是电控系统组成的核心，目前，MPC控制箱已广泛应用在各种机型的柴油机上 ，产品受到业主与船东的认可，不论从制造技术还是施工工艺上都堪比进口设备。

参考文献：

[1]MAN B&W S60ME-C8-TII project guide[R].MAN Corporation2010.

[2]50-108 engines operation[R]. MAN Corporation 2008.

[3]5S60ME-C official test report[R]. Hefei Rongan Power Machinery Co.Ltd. 2011.