控制系统多变量设计

４４６　化　亡自动化及仪表　第４０卷　

基于多变量开关型选择性控制系统　

的设计编程及应用　

刘　渊　赵辉堂　廖永贞　刘中明　

（兰州铀浓缩有限公司，兰州７３００６５）　

摘　要　通过设计开关型选择性控制系统，对限值变量实施三位式控制，克服了传统二位式控制方式在　多限值变量控制中，使加热回路频繁通断而且易产生回路硬件故障的问题；以主控变量限值的下限值为　参考值设定等偏差值，克服控制中各变量问的相互影响，使控制系统获得良好的稳定性和可靠性。利用　ＦＢＤ语言编程，由ＤＣＳ系统实现设计的控制策略，成功应用于生产过程控制，解决了该生产过程多变量　的复杂控带】问题，应用效果良好。　关键词　选择性控制系统　三位式　变量　ＦＢＤ语言　中图分类号ＴＨ１６５　．２　文献标识码　Ａ　文章编号　１０００—３９３２（２０１３）０４－０４４６－０５　

随着兰州铀浓缩有限公司对有关产品生产系　统的技术改造升级，工艺生产过程发生了较大变　

化，同时，生产系统采用了ＤＣＳ对生产过程实施　监控。物料加热液化作为关键生产过程，其加热　方式由蒸汽夹套装置利用蒸汽加热，改造为压热　

罐装置电加热方式，温度控制方式也需随之改变。　在蒸汽加热方式进行物料升、恒温液化时，手动调　节蒸汽压力控制温度参数；而采用压热罐装置，以　电加热方式进行物料加热液化时，需对不同对象　

的温度参数和状态量实现准确、可靠控制，才能保　证产品质量，确保生产过程及设备安全、稳定和可　

靠运行。不同对象的温度参数之间存在关联，实　施控制时相互影响与制约。笔者介绍的控制系统　及ＤＣＳ系统编程，成功实现了需多变量控制的　

升、恒温生产过程控制要求，该控制系统自２０１　１　年投入运行以来，控制过程及工艺参数控制，均满　

足工艺生产需要，系统运行良好．　１　工艺过程简介　

装料容器置于压热罐内，罐门闭合，罐体呈密　闭状态，压热罐内腔后端处设置加热器和风扇。　

生产投运时，罐门呈完全闭合、风扇置运转状态才　可执行加热液化过程。在加热液化过程中，加热　

２０１０年４月　农机化研究　第４期　

温室环境下多变量的控制系统设计　

章海亮，刘雪梅，刘燕德　

（华东交通大学机电学院，南昌３３００１３）　

摘要：针对有效、快速地检测和控制温室环境因素是温室生产的关键这一问题，介绍了温室中温度、湿度、光　照和ＣＯ　浓度等主要的环境因素，并研究了对这些因素进行有效管理和控制的策略，设计了温室环境下多变量的　控制系统。该系统体系结构为工控机和单片机开发系统的主从式结构，能够对温室内外环境因子进行实时监测　和智能化调节，为农作物创造最优化的生长条件；系统以Ｐｃ机为上位机，完成数据打印、数据处理和参数设置　等辅助任务；采用ＭＣＳ一５　１单片机为下位机，完成全部控制功能，下位机可脱离上位机独立工作。　关键词：温室环境；多变量；控制系统　

中图分类号：，＇３１５２５．５　１；Ｓ１２６　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００３—１８８Ｘ（２０１０）Ｏ４一Ｏ１４７－０４　

０　引言　

现代大型温室中，室内的温度、湿度、ＣＯ：浓度和　

营养液养分状况等所有环境因子的监测、传感与调节　

都由计算机进行综合管理，并实行自动控制　。　

针对温室作物不同时期的生长需要，分析其所需　

的温度和湿度等参数，使用符合要求的硬件构成系　

统，并通过软件实现对数据进行实时采集分析和处　理，进而将硬件和软件进行整合，组成完整的系统框　架，以实现对温度、湿度和光照度进行控制的目的［　。　

１　多变量数据采集系统结构　

控制系统上位机采用研华工控机，下位机采用单　

片机开发系统，对温室控制系统进行监控，并对数据　

进行分析处理，形成友好的人机界面，方便工作人员　

对系统的监控和操作。系统总体结构如图１所示。　

图１系统总体结构图　在温室环境多变量采集和过程控制系统中，数据　处理。　

采集传感器将所需要的信号收集经单片机ＡＤ转换电　本设计中，用到的传感器件主要由温度、湿度、光　

路转换成数字信号，由单片机系统对信号进行分析和　照度和ＣＯ：等传感器组成，分别采集各自的信号经单　

垂星　星【星星丝　５月１５日出版　

一种简化的多变量ＭＲＡＣ系统设计　

徐国凯赵秀春宋鹏　

（大连民族学院机电信息工程学院，辽宁大连　１１６６０５）　

摘要：针对多输入一多输出（ＭＩＭＯ）系统，基于Ｐｏｐｏｖ超稳定理论设计了一种简化的多变量模型参　考自适应控制器．该控制器只通过对子系统的控制输入和系统输出的滤波导数进行反馈，使可调参数　减少，从而简化了控制器结构．数值仿真验证了该方案的可行性．　关键词：多变量系统；自适应控制；稳定性　中图分类号：ＴＰ２７３　．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—３１５Ｘ（２０Ｏ６）０３—０００１—０４　

基于Ｐｏｐｏｖ超稳定理论的单输人单输出（ｓＩ．　

Ｓｏ）模型参考自适应控制（ＭＲＡＣ）系统的简化实　用方案已有很多…．关于多变量系统的自适应控　制器人们也一直在从不同的角度进行探究－２．４ｊ，　

文献［２］采用变结构思想提出了一种切换的控制　

方案；文献［３］针对非线性多变量未知动态系统提　出了一种自适应模糊控制方法；文献［４］基于　Ｂａｃｋｓｔｅｐｐｉｎｇ方法实现了多变量系统的自适应控　

制；文献［５］设计一种结构独特的自适应控制器．　本文在文献［５］的基础上提出了一种简单的多变　

量模型参考自适应控制方案．设计的基本思想　是，将多变量系统转化成若干个子系统，通过对　

子系统的控制输人和输出的滤波导数进行反馈，　

使可调参数减少，从而简化了控制器结构．利用　Ｐｏｐｏｖ超稳定理论证明了该方案的稳定性；利用　

ＭＡＴＩＡＢ仿真验证了该方案的可行性．　

１　ＭＲＡＣ系统设计　

设计的基本思路是：对于任何一个输人个数　

至少与输出个数相等的多输人多输出系统，可以　用一组多输人单输出子系统来描述；每个子系统　

都可以求出一个自适应控制输人信号．选择合理　的控制律，即可使被控系统输出渐进地收敛到对　

应的单输人单输出参考模型的输出．　１．１系统描述　设多变量被控对象的第ｉ个子系统为　（ｐ）　（ｔ）＿ｚ　ｒｗＢ￣（ｐ）ｕｊ（ｔ），　（１）　

0前言农用化学品的大规模投入给环境造成了破坏。精准农业的意义在于改善施药量的情况，节约资源、保持生态平衡和保护环境、促进农业的可持续发展[1]。但是我国施药技术处于国际落后的状况，已经不能适应21世纪精准农业发展的要求。因此，这就客观上要求设计一种可变量喷雾控制系统，提高我国施药水平，满足精准施药的要求[2]。为此本文设计了一种变量喷雾控制系统，该系统能根据用户设定的单位面积的施药量，在施药机行走速度变化时和田间苗情自动改变喷药量，变量施药控制系统的硬件电路的设计和软件程序的设计满足变量施药的要求。该系统基于AT89C52的变量喷雾控制器具有实时性好、可靠性高的特点，能在很大程度上改变传统施药方法，提高施药精度。1系统结构设计及总体方案系统变量控制工作原理为机车动力输出轴驱动隔膜泵皮带轮旋转，泵吸入药液，经增压后送到喷嘴处，传感器采集作业过程中的三个参数，根据田间苗情的情况通过键盘输入预先设定的作业参数，变量控制系统通过对喷雾机田间作业速度和喷雾压力、喷雾流量的实时检测，并根据输入的喷杆幅宽，计算出单位面积实际施药量，与设定的单位面积施药量相比较，自动控制系统根据比较结果自动调节位于旁路管道上的电动调节阀，从而引起回水管流量的变化，改变实际施药量，使之与设定值相一致。液晶屏显示采集的作业参数和设定值，以及其他一些作业参数，如机车的速度、喷药幅宽、用户设定的单位面积的施药量和实际瞬时施药量，并能显示键盘对某些参数的修改过程。系统控制框图如图1所示。

图1控制系统整体设计框图基于AT89C52单片机的变量喷雾控制系统的设计*

艾剑锋，章海亮，刘雪梅，周建民(华东交通大学基础科学学院，江西南昌，330013)摘要：以AT89C52单片机为核心，由信息采集处理系统、自动控制系统组成，通过流量、速度传感器采集的速度、流量计算出实际的单位面积施药量，与设定的施药量相比较，自动控制系统根据比较结果自动调节电动调节阀，从而达到变量喷雾施药的目的。系统能够根据施药机车行走的速度和田间苗情自动变更喷药量，实现变量施药。基于AT89C52单片机的控制系统可以应用于自动变量施药作业，符合当前农业生产的实际情况。关键词：控制系统；单片机；变量喷雾中图分类号：S499文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1006-7205.2011.02.024艾剑锋,章海亮,刘雪梅,周建民.基于AT89C52单片机的变量喷雾控制系统的设计[J].中国农机化,2011,(2):90~93AIJian-feng,ZHANGHai-liang,LIUXue-mei,ZHOUJian-min.DesignofvariablespraycontrolsystembasedontheAT89C52single-chipmicrocomputer[J].ChineseAgriculturalMechanization,2011,(2):90~93