基于CAN总线的水晶釜温度监控系统设计

摘要

人造水晶在压电技术、光学技术以及宝石装饰等方面有着广泛的应用和巨大的市场。随着技术的进步和人民生活水平的提高，人们对人造水晶的品质要求也越来越高。温度是决定水晶品质的关键因素，一套可靠的、拥有较高性能的水晶釜温度监控系统对提高产品质量和生产效率，确保生产过程的稳定、安全起着重要的保障作用。
　　本文主要针对水晶釜温度监控系统展开研究，结合当前研究现状，分析了人造水晶生产的工艺特点及监控系统的功能需求。通过对比常用的监控方式和控制策略，理论和实际相结合，采用现场总线的思想，构建CAN网络实现调节单元和监控机的通讯，建立数据库系统用于存放相关数据，开发基于LabWindows\CVI的水晶釜温度监控系统，研究模糊PID控制算法并分析验证了其在水晶釜温度控制中的可行性和优越性。具体从以下几个方面展开工作：
　　首先，经过对比分析，本文选择CAN总线构建系统的监控网络。良好的通信协议可以保证监控机和调节单元实现高效的通讯，在设计通信协议时本文在CAN2.0A帧结构的基础上对CAN-ID部分做了重新定义和扩充。并对通信协议做了细分，分为监控机发起的通信协议和调节单元发起的通信协议。
　　其次，在监控软件方面，本文结合系功能需求将人机界面分为系统配置、系统总貌、单元监控、趋势曲线、报警画面、运行日志、记录数据库等7个功能模块，每个模块占用一个二级界面。接着对访问数据库的编程方法进行详细分析介绍和设计，包括系统和数据库的链接方法，数据库的访问方法以及数据备份和数据库表单的自动建立方法。
　　最后，根据系统的特点设计其控制策略，采用分段控制的思想，将水晶釜的整个升温过程分为三个阶段，根据每个阶段的特点实行单独控制。在飞升曲线建模法的基础上，本文提出了多项式拟合法来建立系统的数学模型。研究模糊PID控制算法，在手动操作经验和试验的基础上建立模糊控制规则表，给出输入输出论域，仿真验证模糊PID控制在水晶釜温度控制中无论是控制精度、工作效率还是鲁棒性都比传统PID有着明显的提高。

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第1章 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 相关技术国内外研究现状

1.3 本文主要工作

第2章 水晶釜温度监控系统总体方案设计

2.1 水晶釜温度监控系统的功能需求分析

2.2 水晶釜温度监控系统总体方案

2.3 人机界面设计

2.4 数据库设计

2.5 本章小结

第3章 CAN总线及其应用

3.1 CAN拓扑结构和特点

3.2 CAN协议

3.3 CAN通讯设计

3.4 本章小结

第4章 水晶釜温度监控系统软件实现

4.1 人机界面

4.3 数据库的调用

4.4 本章小结

第5章 水晶釜温度控制策略设计

5.1 模糊控制概述

5.2 模糊PID控制器设计

5.3 水晶釜温度控制算法组成

5.4 系统模型的建立

5.5 仿真分析

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 前景展望

致谢

参考文献