燃气退火炉嵌入式温度控制系统的研究

摘要

性能优良的退火炉温度控制系统有助于提高产品质量和生产效率，根据客户实际生产需求和被控对象的动态特性，选用LPC2210嵌入式微处理器作为硬件平台核心，以嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ及图形用户界面MiniGUI为软件平台，运用嵌入式技术和模糊免疫PID控制理论，设计出了实时的集温度采集、显示、数据存储、控制和信息通讯为一体的嵌入式温度智能控制系统。
　　论文设计了存储器电路、通讯电路、输入输出电路、系统电源、复位电路及温度信号采集调理电路；分析了μC/OS-Ⅱ实时操作系统和MiniGUI的工作原理和体系结构，成功地将μC/OS-Ⅱ和MiniGUI移植到硬件平台上，并开发出具有友好人机界面的多任务嵌入式温度控制系统。
　　论文分别设计了常规PID、模糊自适应PID和模糊免疫PID温度控制算法，对比仿真结果表明：与常规PID和模糊自适应PID相比，模糊免疫PID控制器，无超调量、响应快；系统参数变化和受到干扰时，具有较好的自适应能力、免疫能力及稳定性，适合于实时温度控制。
　　实验表明，本课题设计的嵌入式温度控制系统，可以较好地对炉膛温度进行实时控制，能够满足用户实际生产需求。对生产实践具有一定的参考价值。

目录

独创性声明

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1 前言

1.1 课题的实用价值和现实意义

1.2 退火炉温度控制系统国内外发展状况

1.2.1 退火炉温度控制系统控制设备的国内外发展状况

1.2.2 退火炉温度控制系统控制策略的发展状况

1.2.3 嵌入式操作系统的引入

1.3 ARM嵌入式系统概述

1.4 课题研究的主要内容

1.5 本章小结

2 燃气退火炉嵌入式温度控制系统的硬件系统实现

2.1 嵌入式温度控制系统的硬件设计原则及系统整体架构

2.1.1 嵌入式温度控制系统硬件系统设计原则

2.1.2 嵌入式温度控制系统硬件系统整体架构

2.2 嵌入式温度控制系统硬件电路设计

2.2.1 嵌入式处理器LPC2210简介

2.2.2 存储器电路设计

2.2.3 通讯模块电路设计

2.2.4 输入输出模块电路设计

2.2.5 系统电源及系统复位电路设计

2.3 炉膛温度信号采集调理和输出电路模块设计

2.3.1 传感器的选取及热电偶测量误差分析

2.3.2 温度信号采集、调理模块和信号输出电路的设计

2.4 风道、气道执行机构及工作原理

2.5 本章小结

3 燃气退火炉嵌入式温度控制系统的软件系统设计

3.1 μC/OS-Ⅱ操作系统概述及工作原理

3.1.1 μC/OS-Ⅱ操作系统概述

3.1.2 μC/OS-Ⅱ工作原理

3.2 μC/OS-Ⅱ的移植

3.2.1 μC/OS-Ⅱ的移植的目的和可行性

3.2.2 移植内容和移植代码测试

3.2.3 编写启动代码

3.3 基于μC/OS-Ⅱ的系统应用程序开发

3.3.1 μC/OS-Ⅱ的任务、任务的管理和任务间的通信

3.3.2 基于μC/OS-Ⅱ的应用程序开发

3.4 基于MiniGUI的人机界面开发

3.4.1 MiniGUI概述

3.4.2 MiniGUI的消息和消息循环机制

3.4.3 MiniGUI的移植

3.4.4 基于MiniGUI的人机界面开发

3.5 本章小结

4 燃气退火炉温度控制算法的设计及仿真

4.1 常规PID温度控制算法的设计

4.1.1 模拟PID控制器

4.1.2 数字PID控制器

4.2 模糊自适应PID温度控制算法的设计

4.2.1 模糊自适应PID控制器的结构及工作原理

4.2.2 模糊自适应PID温度控制算法的实现

4.3 模糊免疫PID温度控制算法的设计

4.3.1 免疫反馈机理

4.3.2 免疫PID控制器

4.3.3 模糊免疫PID温度控制算法的实现

4.3.4 模糊免疫PID参数Ki和Kd的模糊自整定

4.4 温度控制算法仿真及仿真结果分析

4.4.1 温度控制算法仿真结果与分析

4.5 本章小结

5 基于嵌入式温度控制系统的实验

5.1 实验目的

5.2 实验内容和实验环境

5.2.1 实验内容

5.2.2 实验环境

5.3 实验方法

5.3.1 嵌入式温度控制系统的运行情况检验

5.3.2 测试被控对象动态参数

5.4 实验运行结果

5.5 实际燃气退火炉炉膛温度影响因素的分析

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

在校学习期间所发表的论文