LabVIEW的模糊控制系统设计(DOC 8页)

LabVIEW的模糊控制系统设计(DOC 8页)

基于LabVIEW的模糊控制系统设计

摘要

本文以LabVIEW为开发环境进行设计模糊控制器，将设计出的模糊控制器应用到温度控制系统中，实现了在有干扰作用的情况下对烤箱温度的控制，取得较好的控制效果。

关键词：虚拟仪器模糊控制热电偶Abstract

This paper is design issue is the use of LabVIEW fuzzy control, through the design of fuzzy control procedures to control the plant (oven) temperature. Finally, it comes ture control the temperature of oven even if there has disturb.

Keywords:

1引言

虚拟仪器（LabVIEW），就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义虚拟面板，测控功能由软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统的控制面板，以多种形式表达输出结果，利用计算机强大的软件功能实现数据的运算、分析、处理和保存，利用I／O接口设备完成信号采集、测量与控制。

模糊控制的基本思想是利用计算机来实现人的控制经验，而这些经验多是用语言表达的具有相当模糊性的控制规则。因为引入了人类的逻辑思维方式，使得模糊控制器具有一定的自适应控制能力，有很强的鲁棒性和稳定性，因而特别适用于没有精确数学模型的实际系统。

本文将模糊控制的基本思想应用到基于虚拟仪器的温度控制系统中。通过热电偶测量烤箱实际温度，与给定值比较。当测量温度与设定温度之间存在较大的偏差(e≥6℃)时，定时器产生占空比较大的脉冲序列，全力加热。当系统温度与设定温度之间偏差小于6摄氏度，采用模糊控制算法。模糊控制器根据误差和误差变化率，经过模糊推理输出脉冲序列的占空比的大小,经过固态继电器控制烤箱电源得通断,从而实现对烤箱温度的控制。

2系统组成

图1 温度控制系统框图

2.1 硬件组成

传感器：热电偶；

信号调理电路： SC-2345信号调理箱，SCC-TC02热电偶调理模块； 温度信号采集：DAQ 多功能数据采集卡PCI6014；

执行器：DAQ 多功能数据采集卡上的定时/计数器，固态继电器； 对象：电烤箱。

2.2温度测量 1数据采集

热电偶有三个较为突出的优点：其一，测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响；其二，测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）；其三， 构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

根据正、负极用材料的不同，热电偶分为B 、E 、J 、K 、R 、S 、T 、Y 型。采用的是K 型热电偶，其正极为镍铬合金，负极为镍硅合金。与其它类型的热电偶相比，K 型热电偶的线性较好，使用方便，因而在工业测量中被广泛使用。

而实际工作中，热电偶的自由端（冷端）是在室温下，为了得到正确烤

箱温度，在查分度表时，要将室温对应的热电偶的热电势考虑进去，这就是冷端补偿。

2信号调理

测温元件热电偶产生的是低电压信号，它需要进一步的放大、过滤以及线性化等处理． 本文采用SCC-TC02热电偶调理模块，通过SC-2345屏蔽盒与数据

模糊控执

电

热

—

给

输出

采集卡相连。SCC-TC02热电偶调理模块工作原理图如图2所示。

图2SCC-TC02热电偶调理模块工作原理图

SCC-TC02接受三个信号：TC+ ，TC- ，和GND 。TC+是热电偶的正极和TC-是热电偶负极。接地端子连接到AIGND的E系列DAQ装置。热电偶冷端信号和传感器信号测量的分别由E系列数据采集设备从X和X+8通道获得，其中X为0到7取决于操作者插TC02在SCC-2345的哪个插槽。

SCC-TC02热电偶调理模块的工作电路由两部分组成，一部分与热电偶连接，内部具有100倍的放大器和滤波器，将热电势放大，滤波；另一部分是用热敏电组测量室温的电路，用公式算出室温，对热电偶冷端补偿。

3数据处理

利用Labview程序中多通道数据采集子VI将检测端数据和冷端数据两个通道的数据（第X通道和X+8通道）采集到数组中，再经过Index Array把数组分离开，然后分别处理。

3.1 热电偶检测到的数据处理

第X通道采集上来的数据从数组输出并且取平均值（取平均值是为了消除随机误差），这个数值就是热电偶此时的电压值，把这个数乘1000（因为采集上来的电压信号的单位是伏特，而K型热电偶的分度表中的电压是毫伏），然后再除100，(因为热电偶调理模块里有一个100倍的放大电路)把结果输入到分段子程序中，进行分段子程序处理。

由于热电偶的温度与电压的关系是非线性的，为了把它分段线性化，所以

就把温度分成若干段，认为在每段里，温度和电压的关系是线性的，可以用公式算出当时电压所对应的温度值。分段的依据就是K 型热电偶的分度表，见表2.1

T （℃） 0 10 20 30 40 50 60

70 80 90 E （mV ） 0.000 0.397 0.79

8

1.203

1.612

2.023 2.437 2.852

3.267

3.682

T （℃） 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 E （mV ） 4.097 4.509 4.920 5.328 5.735 6.139 6.54

6.941

7.340 7.739 T （℃） 200 210 220 230 240 250 E （mV ）

8.138 8.539 8.940

9.343 9.747 10.153

热电偶测温的部分，将检测到的温度以电压值的方式传到计算机，这就需要把电压值转换成温度，转换成温度才便于观测和显示。以10℃为单位，根据分度表（参见下表1），分出12个等分的温度段，然后进行分段线性化，把采集到的电压分段，在每一段内，采用线性插值的方法计算，利用以下公式：

经过分段子程序进行处理后，输出的数值是烤箱温度相对室温的差值。热电偶信号处理子程序使用了一个case 结构，见图3：

1

11

212)(T V V V V T

T T +-⨯--=