基于DSP的平板导热仪自动控制系统设计

摘要

导热系数是衡量材料导热性能的重要参数，在热力设计计算中有着非常重要的作用。导热系数的确定一般靠实验来获取，防护热板法具有温度测量范围宽，测量准确而且无需在实验前标定的优点，因此在测量方法中占据着十分重要的地位。
　　本课题以实验室现有的平板导热仪为控制对象进行了软硬件设计:硬件系统设计包括DSP最小系统设计，热电偶调理电路设计，热电偶补偿电路设计，PWM转D/A接口设计，智能可调稳压电源设计以及串口通信电路设计等，完成了硬件系统原理图及PCB板设计。软件系统设计则是针对硬件设计的各功能模块进行了程序设计。另外，系统以RS232串口连接金鹏触摸屏来进行基本参数的设置以及检测温度、加热功率及实验结果的实时显示。
　　传统PID控制器具有结构简单、鲁棒性好、可靠性高的优点，结合平板导热仪加热系统大延迟现象，将具有自学习记忆能力、智能计算能力的单神经元控制器和传统PID控制器相结合，形成了单神经元自适应PID控制器，同时引入二次方性能指标对控制器参数进行优化，并针对控制器内K无法自适应的问题，提出一套简单的在线修正办法。由此设计了以DSP为控制核心的自动控制系统，从而实现平板导热仪数据采集处理以及导热系数测量、输出的全自动化。
　　实验结果表明，基于DSP的平板导热仪自动控制系统大大缩短了实验测试时间，温度的测量误差在0.1℃以内，导热系数的测量误差控制在2％以内而且实验的复现性良好。实验证明该系统具有测量时间短，测量数据准确，系统自动化及集成化程度高的特点。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 国内外平板导热仪发展现状

1．2 DSP在温度控制方面的应用

1．3 本文的主要研究内容

2 平板导热仪的测量原理及控制器设计

2．1 平板导热仪的测量原理

2．1．1 一维稳态导热分析

2．1．2 导热系数测量原理

2．2 PID控制器

2．2．1 模拟PID控制器

2．2．2 数字PID控制器

2．3 自适应控制系统

2．4 单神经元控制系统

2．5 单神经元自适应PID控制器

2．5．1 以输出误差二次方为性能指标的单神经元自适应PID控制器

2．5．2 以PE2(k+d)+Q△u2(k)为性能指标的单神经元自适应PID控制器

2．6 控制系统稳定性分析

2．7 本章小结

3 平板导热仪自动控制系统的硬件设计

3．1 DSP芯片的选择及最小系统设计

3．1．1 电源电路设计

3．1．2 复位电路设计

3．1．3 时钟电路设计

3．1．4 JTAG接口电路设计

3．1．5 外部存储器扩展

3．2 测量调理电路设计

3．2．1 温度采集电路设计

3．2．2 热电偶温度补偿

3．3 智能调压电源电路设计

3．3．1 PWM转D／A电路设计

3．3．2 直流稳压电源电路设计

3．4 人机交互电路设计

3．5 系统可靠性设计

3．6 本章小结

4 平板导热仪自动控制系统的软件设计

4．1 初始化程序设计

4．2 温度及电流采样程序设计

4．2．1 ADC初始化

4．2．2 采样程序设计

4．3 智能调压电源输出程序设计

4．4 触摸屏交互程序设计

4．4．1 触摸屏界面设计

4．4．2 串口通信程序设计

4．5 本章小结

5 实验结果及分析

5．1 DSP控制系统的硬件调试实验

5．1．1 DSP系统运行电路调试

5．1．2 温度采集电路调试及校准

5．1．3 智能调压电源输出调试及校准

5．2 单神经元自适应PID控制器与常规PID控制器的仿真对比

5．3 平板导热仪整机实验结果

5．3．1 原实验装置实验结果

5．3．2 改进后装置实验结果

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献