有關(guān)系統(tǒng)設(shè)計
系統(tǒng)設(shè)計是新系統(tǒng)的物理設(shè)計階段。根據(jù)系統(tǒng)分析階段所確定的新系統(tǒng)的邏輯模型、功能要求，在用戶提供的環(huán)境條件下，設(shè)計出一個能在計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上實施的方案，即建立新系統(tǒng)的物理模型。
第一篇
1測試系統(tǒng)總體設(shè)計
根據(jù)實際分析，裝置的設(shè)計需滿足以下條件:1)系統(tǒng)能實現(xiàn)-20～50℃范圍內(nèi)任意時刻的檢測并保證測試設(shè)備機械結(jié)構(gòu)對測試結(jié)果無影響;2)系統(tǒng)應(yīng)具有較高的自動化水平，在整個測試過程中，用戶只需簡單操作系統(tǒng)就可完成整個測試。
根據(jù)設(shè)計要求提出的裝置整體示意簡圖如圖1所示。
系統(tǒng)由恒溫試驗箱、三軸平臺、激光位移傳感器、控制系統(tǒng)等主要部分組成。
工作時，將待測零件固定在工裝板上并放置到試驗箱安裝支架上，然后關(guān)閉試驗箱測試室門，當測試室達到預(yù)定的溫度時，三軸平臺帶著傳感頭運動，傳感頭發(fā)出的光束透過雙層隔熱玻璃從每個零件表面掃過，同時測量值被傳感控制器接收，并傳輸?shù)缴衔粰CLabVIEW中。
在此過程中，控制系統(tǒng)主要控制伺服電機、恒溫試驗箱、報警裝置等的工作，還對激光位移傳感器的信號進行采集、顯示、處理和輸出。
2測試系統(tǒng)硬件設(shè)計
為實現(xiàn)預(yù)定的功能，提高測試效率，保證系統(tǒng)的可靠性，本文提出的雙金屬片形變測試系統(tǒng)硬件部分整體框圖如圖2所示。
因傳統(tǒng)水域測量法采用水作為雙金屬片的傳熱介質(zhì)，在節(jié)能、效率、測量精度等方面均存在不足。
因此，本文選擇恒溫試驗箱為測試系統(tǒng)提供測試環(huán)境，并完成試驗箱的設(shè)計和激光位移傳感器的選型。
2.1分體式恒溫試驗箱的設(shè)計目前，市場上的恒溫試驗箱的測試區(qū)與制冷系統(tǒng)為一體式[8]，壓縮機等部件在工作過程中的振動會導(dǎo)致被測雙金屬片的振動，從而影響測試精度。
因此，本文設(shè)計了分體式恒溫試驗箱。
該試驗箱由制冷、制熱系統(tǒng)、循環(huán)通風系統(tǒng)、測試室以及控制系統(tǒng)等部分組成，分左右2個箱體，2個箱體之間用軟管連接用于通風循環(huán)，制冷回路、加熱管以及風機安裝在左箱體中，測試室安裝在右箱體中并在其頂側(cè)開有玻璃窗用于激光位移傳感器的透光檢測。
試驗箱通過熱平衡控溫法實現(xiàn)測試室溫度控制，表1為分體式恒溫試驗箱的主要性能參數(shù)。
2.2激光位移傳感器的選擇激光位移傳感器由傳感頭和傳感控制器組成，是測試系統(tǒng)的核心。
傳感頭主要實現(xiàn)位置信號的采集，傳感控制器對位置信號進行預(yù)處理并及時傳輸?shù)缴衔粰C，考慮到測試過程中傳感器檢測光需透過雙層玻璃，為保證測試精度，分別選用松下和基恩士的傳感器產(chǎn)品做透雙層玻璃試驗，經(jīng)過測試比較多個產(chǎn)品的綜合性能，最終選用基恩士LK—G5000型激光位移傳感器，其傳感頭主要性能見表2所示。
3測試系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1基于PLC的控制程序設(shè)計本文選用臺達DVP40EH—PLC作為下位機，實現(xiàn)對伺服電機、循環(huán)風機、報警裝置的控制，其控制流程如圖3所示。
系統(tǒng)在完成原點回歸后，以當前位置作為檢測起始點，由于不同類型零件高度不同且激光位移傳感器的測試范圍為定值，所以，程序運行時首先根據(jù)上位機選擇的零件類型，Z軸電機運行到指定的位置，然后控制三軸平臺進行XY平面移動，待測試完成，系統(tǒng)重新初始化，等待下一次檢測。
當系統(tǒng)發(fā)生錯誤時，PLC立即停止電機輸出，報警燈響起，并把錯誤信息傳輸給上位機和觸摸屏，以便用戶處理。
此外，觸摸屏除顯示測試系統(tǒng)工作狀態(tài)外，還能實現(xiàn)PLC相關(guān)參數(shù)的修改。
3.2基于LabVIEW的控制程序設(shè)計測試系統(tǒng)采用LabVIEW作為上位機控制軟件[9]，主要實現(xiàn)以下功能:1)通過TCP/IP協(xié)議對激光位移傳感器的數(shù)據(jù)進行讀取、處理、顯示、儲存;2)經(jīng)過NIOPCServers實現(xiàn)硬件接口的轉(zhuǎn)換，通過RS—232串行接口實現(xiàn)與PLC的連接并通過該端口控制PLC工作;3)通過RS—485串行接口，實現(xiàn)與DTC的數(shù)據(jù)傳輸;4)根據(jù)測試要求編寫人性化的人機界面。
3.2.1數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理測試中，LabVIEW根據(jù)PLC發(fā)送檢測開始信號，調(diào)用數(shù)據(jù)采集子VI。
由于數(shù)據(jù)的實時處理會導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理量大并增加編程的難度，并且在整個檢測過程中零件需在不同溫度下重復(fù)檢測，為此，程序設(shè)計分2步:1)在傳感器檢測時，將數(shù)據(jù)實時存入數(shù)據(jù)庫;2)檢測完畢試驗箱升溫或降溫時，調(diào)用檢測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。
1)數(shù)據(jù)采集傳感控制器與LabVIEW是基于TCP/IP協(xié)議利用以太網(wǎng)實現(xiàn)兩者的通信。
首先設(shè)置傳感控制器和計算機的IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)，然后在LabVIEW中運用“Getdllpath”，“DllretcodetoVIErrcode”等函數(shù)編寫數(shù)據(jù)采集子VI，供LabVIEW主程序調(diào)用，最終實現(xiàn)LabVIEW對傳感器數(shù)據(jù)的采集。
LabVIEW數(shù)據(jù)庫工具包基于ODBC(openda-tabaseconnectivity)技術(shù)，利用DSN(datasourcenames)連接數(shù)據(jù)庫，將采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，并對這些數(shù)據(jù)進行管理和查詢。
圖4為傳感器數(shù)據(jù)采集程序。
2)數(shù)據(jù)處理LabVIEW對所采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)截取、數(shù)據(jù)過濾以及求平均值。
在每次檢測完畢后，LabVIEW調(diào)用測試原始數(shù)據(jù)，由于被檢測的零件成規(guī)則排布，可根據(jù)伺服電機的行走路徑、行走速度以及采集到的數(shù)據(jù)進行計算分析，計算出每個零件數(shù)據(jù)的范圍并截取出每個零件的數(shù)據(jù)段，然后針對每個零件數(shù)據(jù)進行過濾，除去誤差較大的數(shù)值，最后對剩下的數(shù)據(jù)求平均值，即可得零件某溫度下的位移量。
待零件所有溫度檢測點全部檢測完畢后，系統(tǒng)根據(jù)每個溫度檢測點的檢測數(shù)據(jù)，計算出雙金屬片在各溫度間的相對變形量，然后與標準變形量比較，就可判斷出零件的合格性。
當產(chǎn)品檢測不合格時，記下該產(chǎn)品對應(yīng)的序列號，測試時間和各項測試指標，并在人機界面上顯示，用戶可根據(jù)約定的排練順序，取出不合格產(chǎn)品。
此外，LabVIEW利用數(shù)據(jù)庫工具包和報表工具包編寫數(shù)據(jù)庫管理和生成Word報表程序，從而用戶可在人機界面上查詢數(shù)據(jù)并打印報表。
3.2.2基于OPC協(xié)議實現(xiàn)對PLC的控制LabVIEW與PLC通信的實現(xiàn)過程分為2步:1)建立PLC與NIOPC服務(wù)器的連接:在NIOPCServers軟件中添加新的Channl后，選擇ModbusSerial驅(qū)動程序，并設(shè)置通信格式，然后新建設(shè)備名并添加標簽屬性。
2)建立OPC與LabVIEW的連接:首先，創(chuàng)建I/O服務(wù)器，并通過I/O服務(wù)器連接OPC標簽的共享變量，然后將帶標簽的共享變量拖入程序框圖，從而實現(xiàn)上位機與PLC的通信。
測試系統(tǒng)運行中，LabVIEW通過RS—232串行接口把設(shè)置的參數(shù)和操作量傳遞給PLC，PLC根據(jù)內(nèi)部程序執(zhí)行上位機的指令，并向上位機傳輸PLC狀態(tài)。
3.2.3基于Modbus協(xié)議實現(xiàn)對DTC的控制在恒溫試驗箱運行中，LabVIEW通過Modbus協(xié)議實現(xiàn)與溫控器通信并控制溫控器工作。
LabVIEW程序運用NIModbus函數(shù)實現(xiàn)對溫控器的控制，采用“MBSerialInit”函數(shù)進行端口配置、“MBSerialMasterQuery(poly)”函數(shù)讀寫寄存器的值、“VISA關(guān)閉”函數(shù)關(guān)閉等函數(shù)進行編程并把程序封裝成溫控器子VI。
圖5為溫控器子VI。
3.2.4LabVIEW人機界面的設(shè)計本測試系統(tǒng)人機界面由主控、調(diào)試、報警、查詢、登入等界面組成。
為了用戶能夠更好地操作測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了人性化操作界面，其中主控界面有基本參數(shù)選擇按鈕，測試系統(tǒng)實時狀態(tài)顯示功能，激光位移傳感器采集數(shù)據(jù)實時顯示等。
4試驗研究
4.1系統(tǒng)標定按檢測流程標定出測試范圍(-20～50℃)內(nèi)每個整數(shù)溫度下工裝板的形變，以便系統(tǒng)計算零件形變量時除去此部分誤差，從而保證測量精度。
4.2試驗描述與結(jié)果分析所研制的測試系統(tǒng)對寧波藍寶石科技儀器有限公司煤氣表C型溫度補償片進行了測試。
先將零件安置到試驗箱中，并設(shè)置試驗箱測試點溫度:-5，5，15，25，35℃。
測試系統(tǒng)運行后，待測試室溫度由室溫降到-5℃，然后三軸平臺帶著傳感頭運動檢測出各零件與傳感器基準之間的相對位移，傳感器依次檢測各個溫度點，5個檢測點總共檢測時間大約58min，每次檢測零件數(shù)為180個且不良零件全部檢出。
表3為部分零件檢測數(shù)據(jù)。
結(jié)果表明:該測試系統(tǒng)工作效率高、可靠性好、自動化程度高。
5結(jié)論
基于恒溫試驗箱、激光位移傳感器等硬件平臺和Lab-VIEW軟件平臺研制了雙金屬片形變測試系統(tǒng)，并對設(shè)備進行了實際測試，結(jié)果表明:1)所研制的恒溫試驗箱很好地解決了壓縮機等部件的振動對測試結(jié)果的影響，并為檢測提供了穩(wěn)定、可靠的測試環(huán)境，提高了檢測效率。
2)所研制的測試系統(tǒng)控制部分以LabVIEW為核心，采用性能優(yōu)良的激光位移傳感器，實現(xiàn)了透過雙層玻璃的檢測，且可較好地實現(xiàn)高效精確的數(shù)據(jù)傳輸和分析功能。
3)研制的測試系統(tǒng)采用觸摸屏和LabVIEW人機界面，系統(tǒng)可視性提高，便于實現(xiàn)在線監(jiān)測。
作者：樓應(yīng)侯 朱文斌 王賢成 胡寧波 王友林 單位：浙江大學 寧波理工學院 機電與能源工程學院 太原科技大學 機械工程學院
第二篇
1自抗擾控制系統(tǒng)
1.1ADRC系統(tǒng)設(shè)計ADRC結(jié)構(gòu)如圖1所示。
此系統(tǒng)主要跟蹤微分器(TD)、分線性組合、被控對象、擴張狀態(tài)觀測器4部分組成。
整個系統(tǒng)的流程安排主要由跟蹤微分器完成。
擴張狀態(tài)觀測器主要作用是估計系統(tǒng)狀態(tài)、模型和干擾[6]。
非線性組合主要是完成非線性誤差反饋(NLSEF)確定一個固定的控制信號。
如果異步電機驅(qū)動系統(tǒng)是矢量控制的，此時應(yīng)該選用一階模型控制器，其結(jié)構(gòu)也應(yīng)該與其匹配的二階ESO結(jié)構(gòu)[7]。
基于一階ADRC轉(zhuǎn)速控制器結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
轉(zhuǎn)子鏈條不點是矢量控制的一個重要的特點。
如果轉(zhuǎn)動慣量發(fā)生變化，此時會造成系統(tǒng)模型誤差和負載擾動的情況，可以利用ADRC的特點，通過ESO觀測此時的擴張狀態(tài)Z2[8]。
1.2ADRC的優(yōu)化在如圖2的結(jié)構(gòu)中，并沒有TD的輸出，這是因為ESO輸出的觀測值并沒有被控制對象的微分項輸出。
如果NLSEF被線性比例調(diào)節(jié)所代替，代替之后的優(yōu)點是模型簡化、計算量減小，同時還能很好的保證控制器的性能[9]。
優(yōu)化后的一階ADRC轉(zhuǎn)速控制結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
2系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)的程序流程圖如圖4所示。
整個系統(tǒng)的編程采用結(jié)構(gòu)化的形式進行，在軟件STEP7V5.2環(huán)境下通過語句表STL完成[11]。
3測試結(jié)果和分析
測試系統(tǒng)主要由監(jiān)控軟件、變頻器和光電編碼器構(gòu)成。
其中監(jiān)控軟件使用的是WinCC。
變頻器使用的型號是S7-300PLC。
具體的連接示意圖如圖5所示。
在實際的應(yīng)用當中，控制器的離散控制周期決定了參數(shù)β01(β01=1/h)和β02(β02=1/(5h)2)的值。
在測試中設(shè)定h=100ms，所以相應(yīng)的β01和β02的值分別為10和20。
kp和b0通過由小到大的試湊法整定。
變頻器是矢量控制方式，原始速度為200r/min，周期為60s，整個系統(tǒng)的閉環(huán)響應(yīng)可以通過變化的三角波得到。
其中n的變化范圍是200r/min～500r/min。
具體的測試結(jié)果如圖6和圖7所示。
通過圖6可以看出，傳統(tǒng)的PLD控制和ADRC控制方式相比，PLD控制的跟隨性很差。
而ADRC控制方式的跟隨性很好。
通過圖7(a)可以看出，ADRC控制方式和傳統(tǒng)的PLD控制方式相比，其魯棒性和抗干擾性具有明顯的優(yōu)勢。
通過圖7(b)可以看出，ADRC控制方式和傳統(tǒng)的PLD控制方式相比，其動態(tài)性能更好。
4結(jié)論
傳統(tǒng)的PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)存在一些不足，為了很好的解決這些問題，文章提出了一種基于自抗擾控制器的異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)。
文章主要介紹了此系統(tǒng)的數(shù)學模型和具體的實現(xiàn)方法。
測試結(jié)果表明，和傳統(tǒng)的PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)相比運行性能提高了很多。
文章還介紹了ADRC的優(yōu)化方法。
優(yōu)化后的系統(tǒng)不但減少了計算量，而且控制器的參數(shù)也大大減少。
作者：馬宏騫 單位：遼寧機電職業(yè)技術(shù)學院自控系
【系統(tǒng)設(shè)計】相關(guān)文章：
通用考勤系統(tǒng)的設(shè)計10-05
系統(tǒng)優(yōu)化教學設(shè)計教案10-08
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計10-07
標識系統(tǒng)設(shè)計合同10-28
標識系統(tǒng)設(shè)計合同04-17