美国NI 公司推出的虚拟仪器开发平台软件:实验室虚拟仪器集成环境LabVIEW,具有简洁的图形化编程环境和强大的功能,可通过通用接口总线(General-Purpose Interface Bus,GPIB)、面向仪器系统的PCI扩展(PCI extensions for Instrumentation,PXI)、PLC、串行设备和插卡式数据采集板等。结合使用普通计算机的标准软硬件平台,可 的、 清晰的、 友好的数据通信系统和稳定的控制系统[3]。它广泛地应用在数据收集与控制、信号处理、信息显示、数据分析等领域。PID 控制调节原理简单,易于整定、使用方便,是历史最悠久、控制性能最强的基本调节方式,广泛地应用于机械电气、冶金化工、机械等各个工业生产部门。实际生产过程中常常需要对付具有很大时滞的温控制系统。如果温度控制系统只采用单一PID调节进行校正,这样的系统往往具有很大的扰动。PID增益整定困难,调节时间过长,超调量过大等弊端通常都是难以接受的[4]。基于LabVIEW的温度控制系统,设计成一个高效实用的温度控制系统。该系统具有控制参数整定方便、控制精度高、稳定性好、结构简单、价格低廉等优点。克服了传统控制的系统复杂、精度小、成本大的缺点。适于普遍性生产和应用,对人们的生活和生产效力的提高有很大作用。
对于温度检测从水银温度计到红外温度传感器等都可以实时测出当前环境的温度值,但是这些测温仪不具备温度控制能力,想要改变环境温度就得通过其他设备,例如风速、空调等。尽管某些智能化调温设备集成了测温装置,在执行温度控制时其准确性和及时性都不高,且没有较明确的温控逻辑。
温度是工业生产和科学研究实验中的一个非常重要的参数,物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关,许多生产过程都是在一定的温度范围内进行的,需要测量温度的场合极其广泛。目前的温度测量系统一般使用的都是传统仪器,传统仪器的功能都是通过硬件或者固化的软件来实现的。这种框架结构决定了它只能由仪器厂家来定义、制造,而且功能和规格一般都是固定的,无法按需改变其结构和功能。
国内外研究现状发展趋势
课题的主要研究内容
本文主要针对人们的生活空间类型的环境温度进行温度控制系统研究,结合基于LabVIEW软件环境的虚拟仪器,着重在从温度采集到控制信号输出之间的软件设计。利用LabVIEW开发环境设计上位机的监控界面,上位机通过USB转RS232串口转RS485与实验室设备进行通信,读取温度传感器的温度测量数据,从而实现对温度参数的实时检测。本文主要进行了以下几方面的工作:
阐述温度测控系统的研究目的及意义,智能温度测控系统的国内外发展概况及本论文的主要内容。 介绍了虚拟仪器技术的概念、特点和体系结构,虚拟仪器开发软件LabVIEW及图形化编程语言的特点及应用现状。文献综述
详细论述了PID控制原理,通过单独分析比例(proportional)、积分(integral)、微分(derivative)三种调节器的调节原理和作用,再将三者结合到一起应用。
介绍温度控制系统的设计思路及方案,利用LabVIEW开发平台完成了带有友好操作界面的温度PID控制系统的设计,包括通讯机制的选择、数据采集、信息校验、A/D转换、D/A转换、冷却风扇控制、PID调节、加热输出控制和前面板的操作界面。
使用实验室设备对该系统进行调试,完善了温度控制的功能和逻辑,还增添了温度调节过程中调节器输出的数据记录功能,便于分析调解过程的状态,从而更好的进行参数整定。
对所做工作进行了总结,对未来的研究作了展望。