氣體流量控制 - 基于C8051F020的智能氣動泵控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　在氣體流量測量的基礎(chǔ)上，給定值和實(shí)際測得的瞬時(shí)流量進(jìn)行比較后算出偏差，然后對氣體流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于氣體流量系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型很難獲得，而模糊控制算法具有人的智能思維、適應(yīng)性好、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，正適用于這類系統(tǒng)。因此，采用模糊控制算法對氣體流量進(jìn)行自動控制，可取得良好的控制特性，其模糊控制器框圖如圖5所示。

　　模糊控制器采用雙輸入、單輸出的二維結(jié)構(gòu)。輸入變量為瞬時(shí)流量偏差e和偏差變化c，輸出變量為控制量u。其模糊子集分別為

　　E={NL, NM, NS, NO, PO, PS, PM, PL}

　　C={NL, NM, NS, O, PS, PM, PL}

　　U={NL, NM, NS, O, PS, PM, PL}

　　它們的論域分別為

　　E={-6,-5,-4,-3,-2,-1,-0, +0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}

　　C={-6,-5,-4,-3,-2,-1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}

　　U={-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}

　　當(dāng)瞬時(shí)流量變化時(shí)，通過驅(qū)動調(diào)節(jié)閥，控制其開啟的大小及變化規(guī)律，使偏差趨近于零。根據(jù)氣體流量的參數(shù)特點(diǎn)和現(xiàn)場實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)及專家的知識理論，總結(jié)出模糊控制規(guī)則表，如表1所示。

　　選擇模糊控制規(guī)則是模糊控制器的關(guān)鍵問題。為了更好地提高控制精度，本系統(tǒng)采用帶有4個(gè)調(diào)整因子的控制規(guī)則：

　　其中，0<α1<α2<α3<α4<1，本系統(tǒng)選擇：α1=0.26，α2=0.58，α3=0.76，α4=0.86。代入上式運(yùn)算后經(jīng)反復(fù)修改和實(shí)際調(diào)試，得到了實(shí)用的模糊控制查詢表，如表2所示。

　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及抗干擾措施

　　軟件的設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)下位機(jī)和上位機(jī)的設(shè)計(jì)。

　　1 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

　　下位機(jī)程序主要進(jìn)行C8051F020單片機(jī)系統(tǒng)的初始化、端口配置、A/D初始化、液晶以及鍵盤掃描初始化。為防止誤動作，無意中改變系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，造成人為計(jì)量誤差，系統(tǒng)可設(shè)置“密碼”，保證測量的可靠性和準(zhǔn)確性，具體流程如圖6所示。

　　模糊控制中的控制算法由程序?qū)崿F(xiàn)。包括兩部分，一是離線計(jì)算模糊控制查詢表，二是在實(shí)時(shí)控制過程中在線輸入變量，并將它們作模糊量化處理，然后查找模糊控制查詢表后進(jìn)行輸出，去控制調(diào)節(jié)閥的開啟角度，來實(shí)現(xiàn)對氣體流量的控制。

　　2 上位機(jī)部分

　　上位機(jī)程序采用Lab Windows/CVI設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)對采樣氣體流量、兩個(gè)流量限值的接收和顯示，還可對流量限值進(jìn)行修改和發(fā)送給下位機(jī)。

　　3 抗干擾措施

　　為提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加強(qiáng)抗干擾能力，可采用隔離電源變壓器，信號通道采用光電隔離和濾波技術(shù);可使用Watchdog技術(shù)和軟件陷阱防止程序跑飛，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的恢復(fù);采取電源抗干擾措施。