發(fā)展基于嵌入式計算機(jī)的控制系統(tǒng)

發(fā)展基于嵌入式計算機(jī)的控制系統(tǒng)

　1．嵌入式控制在微波設(shè)備控制上的實(shí)現(xiàn)：
　　大型系統(tǒng)我們一般采用工業(yè)PC的方式集中控制，但面對小型系統(tǒng)我們?nèi)绮捎霉I(yè)PC的方法則有點(diǎn)大馬拉小車的概念了。一方面，對于向小系統(tǒng)應(yīng)用必須考慮成本，另一方面的要求是穩(wěn)定與可靠。因而，采用嵌入式計算機(jī)是我們的首選。
　　對于嵌入式控制系統(tǒng)有兩個種類：
　　一、基于無操作系統(tǒng)的嵌入式芯片的控制技術(shù)。
　　二、基于有操作系統(tǒng)的嵌入式芯片的控制技術(shù)。
　　第一種我們一般性的可將之認(rèn)為是在微控制器的層面上，我國一般稱為單片機(jī)。它一般用于對處理數(shù)據(jù)要求相對較低的場合，設(shè)計者一般采用匯編語言對其進(jìn)行開發(fā)，此種控制不具有良好的人機(jī)界面。
　　第二種實(shí)際就是一臺PC，但要比一般PC及工業(yè)計算機(jī)都來得穩(wěn)定，這一穩(wěn)定性促使嵌入式計算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域十分寬廣。以目前的發(fā)展速度，今后的工業(yè)控制方面大有取代工業(yè)控制計算機(jī)的趨勢。它所用的操作系統(tǒng)一般為：Linux、MS－dos、Windows CE等。WinCE是微軟公司基于NT控制技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)產(chǎn)生的操作系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于Pocket PC 以及一些嵌入式計算機(jī)中。這里特別要一提的是Windows CE.net，它的?
出現(xiàn)使原來在PC上開發(fā)的程序員能最小縫隙的過渡到面向嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，同時具有.net的框架。對于設(shè)備控制系統(tǒng)我們一般選擇此系統(tǒng)。
　　這里一般單臺次的工業(yè)控制基本采用Windows CE＋組態(tài)軟件＋觸摸屏的形式來實(shí)現(xiàn)。這里的組態(tài)軟件與上面的組態(tài)軟件本質(zhì)和功能基本是一樣的，所不同的是支持它運(yùn)行的平臺為Windows CE操作系統(tǒng)。目前我國的一些組態(tài)軟件廠家都看到了這一巨大的市場，因而紛紛推出自己基于CE系統(tǒng)的組態(tài)軟件，如昆侖通態(tài)的MCGS等。
　　當(dāng)然，在針對相對簡單或用戶要求不高的系統(tǒng)的時候，也可以使用WinCE平臺下的開發(fā)軟件自己進(jìn)行相關(guān)編程，其開發(fā)軟件一般使用Microsoft的eMbedded Visual basic 和 eMbedded Visual C++等。其具體控制方式可參見“自動控制技術(shù)在微波工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用”內(nèi)的相關(guān)介紹。
　　2．在工業(yè)控制領(lǐng)域經(jīng)常應(yīng)用的若干控制算法
　　在使用嵌入式計算機(jī)進(jìn)行工業(yè)自動化控制過程中，有一些相關(guān)的算法是較為常用的，作為工程開發(fā)設(shè)計人員必須通曉相關(guān)的控制算法，這樣有助于實(shí)現(xiàn)可靠使用的控制。
　　1． 常規(guī)PID控制算法
　　PID算法是工業(yè)控制中最常用的一種數(shù)學(xué)算法，它的基本公式如下：
　　直接計算公式：
　　Pout(t)=KP*e(t)+Ki*∑e(t)+Kd*(e(t)-e(t-1));
　　上一次的計算：
　　Pout(t-1)=Kp*e(t-1)+Ki*∑e(t)＋Kd*(e(t-1)-e(t-2));
　　兩式相減得到增量法計算公式：
　　Pdlt=Kp*(e(t)+Ki*∑e(t)+Kd*(e(t)-2*e(t-1)+e(t-2));
　　其中三個基本參數(shù)Kp、Ki、Kd在實(shí)際控制中的作用：
　　Kp－比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反映系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少誤差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

　Ki－積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器
　　Kd－微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適的情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反映的是變化率，而當(dāng)輸入沒有變化時，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。
　　該P(yáng)ID算法應(yīng)用范圍十分廣泛，最常見的是用于對溫度控制要求較高的環(huán)境。
　　2． 預(yù)測控制算法
　　預(yù)測控制就是利用內(nèi)部模型（開環(huán)和閉環(huán)預(yù)測模型）預(yù)估過程的未來輸出（被控變量）與設(shè)定值之間的誤差，基于該誤差采用“滾動式”優(yōu)化策略計算當(dāng)前的控制輸入。
　　3. 其他各種控制算法
　　計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得將一些先進(jìn)的控制算法應(yīng)用于工業(yè)控制中成為了可能，如推理控制算法、優(yōu)化控制算法、分解－協(xié)調(diào)算法、以及模糊控制算法等等。
　　結(jié)束語
　　微波設(shè)備作為提供給生產(chǎn)用戶使用的平臺，首先必將隨用戶不斷提高的要求而更新。同時作為生產(chǎn)設(shè)計微 波設(shè)備的企業(yè)更應(yīng)該把握先進(jìn)控制技術(shù)的脈搏，不斷將先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用到設(shè)備中去。大致我們認(rèn)為：
　　1.微波設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化接口
　　隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，用戶對微波的不斷認(rèn)識，因而微波設(shè)備往往會作為生產(chǎn)流水線中的一部分，用戶僅使用微波的某一特性以達(dá)到自己工藝的要求。因此要求微波設(shè)備能很好的與流水的前后道工序友好的銜接。這一要求包括了設(shè)備的三維尺寸、功率配置以及控制系統(tǒng)。
　　同時將微波設(shè)備的底層元件的標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化也是企業(yè)發(fā)展的需要。
　　2.未來基于瀏覽器技術(shù)的監(jiān)控軟件和基于無線系統(tǒng)的控制
　　目前，我們一般使用的控制軟件是基于硬件平臺的，隨著網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展和.net框架的普及，微波設(shè)備在控制上也力求利用internet網(wǎng)絡(luò)，使用戶能通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的監(jiān)控，對生產(chǎn)質(zhì)量的控制等。
　　值得注意的是當(dāng)今無線技術(shù)的發(fā)展的速度，一些可以應(yīng)用的方案如：引入GPRS網(wǎng)絡(luò)對設(shè)備進(jìn)行相關(guān)檢測與控制；引入IEEE802.11b的無線連接模塊使設(shè)備與控制臺無連接線。
　　最后，祝愿工業(yè)微波控制技術(shù)更上一層樓！?