測控技術論文
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測控技術論文范文第1篇
國內外大量工程實踐表明，對水利水電工程進行全面的監測和監控，是保證工程安全運行的重要措施之一。同時，將監測和監控的資料及時反饋給設計、施工和運行管理部門，又可為提高水利水電工程的設計及運行管理水平提供可靠的科學依據。
現代化的測控技術[2],應該具有采集數據、科學管理數據，及時或實時對水利水電工程的安全狀況作出分析和評價，并對其異?；螂U情作出輔助決策等功能.因此,高新測控技術的基本要素包括數據采集系統、數據管理系統和分析評價系統及其計算機通訊網絡支撐等(見圖1)。
圖1水利水電工程高新測控技術示意圖
1.1數據采集系統
通過測控單元(MCU)自動采集、筆記本電腦現場采集或人工觀測埋入壩體或安裝的傳感器采集的監測效應量(大壩的變形、滲流、應力應變和溫度等)和影響量(水位、氣溫、降雨和地震等)，并輸入計算機的數據庫。其中，自動化數據采集系統可以實現實時采集，半自動化和人工采集為定期采集。因此，自動化采集數據一般是對水利水電工程關鍵部位(或壩段)主要監測量(變形和滲流等)的采集。
1.2數據管理系統
由數據采集系統采集的數據進入計算機數據庫后，由數據管理系統對其進行科學有序的管理。包括將電容、電感、電阻、電壓、頻率等轉換為位移、揚壓力、滲流量、應力應變、裂縫開合度以及溫度等，及它們的誤差識別和處理，并將監測量按有關監測規范進行整編和初分析；編制月報和年報等。
1.3分析評價系統
分析評價系統根據監測到的數據，進行觀測資料的分析和反分析，結構和滲流正、反分析，建立各類監控模型和擬定監控技術指標等；將收集到的工程設計、施工、運行管理、有關法規和規范等方面的專家知識進行編輯，構成分析、評價、輔助決策等方面的知識庫和推理分析知識。
現簡述幾種傳感器的主要工作原理及其應用情況.
(1)差動電阻式傳感器
該傳感器為美國加州大學卡爾遜教授所研制。置于其內腔的兩根彈性鋼絲作為傳感元件，受力后一根受拉、一根受壓.當環境量發生變化時，兩者的電阻值向相反方向變化，根據兩個元件的電阻值比值,測出物理量的數值。
我國南京電力自動化設備廠從20世紀50年代開始，已研制出幾十萬支差動電阻式傳感器，并應用于大量的水利水電工程中，取得了成功經驗。
(2)振弦式傳感器
由前蘇聯的達維金可夫發明。其核心元件是一根鋼弦，鋼弦的一端固定，另一端則固定在測量元件(受壓膜片或測量端塊)上。當受力后，鋼弦長度將產生微小變化，引起固定頻率的變化，從而測出物理量的數值。
加拿大的Rocktest公司，美國的Sinco,Geokon公司等生產的振弦式傳感器性能良好，其中真空式為最佳。近幾十年來，我國較多的工程應用了這種傳感器。
(3)差動電容式傳感器
由我國南京電力自動化研究院研制。其工作原理是，將垂線或引張線穿過由4塊組成矩形的電容極板中，當測線發生位移時，電容極板的電容產生變化，從而測出位移量。
該傳感器經過20多年的完善，其精度和長期穩定性等均有較大提高，已在不少水利水電工程中應用。
(4)差動電感式傳感器
首先由原法國的Telemac公司研制。其工作原理是，當高頻交變電流通過垂線坐標儀時，在周圍產生交變磁場,接收點的磁感應強度與導線距離成反比；當垂線產生位移時，接收點測得的感應電勢發生變化,其變化量的大小反映位移量的大小。
該傳感器在我國龍羊峽等水利水電工程中得到成功應用。我國有關廠家也仿制了這類傳感器。
(5)步進馬達式傳感器
由原法國Telemac和意大利ISMS公司研制.其工作原理是，由步進電機驅動光電探頭，探頭中的光照準器先后對準基準桿和垂線鋼絲，然后返回原點，在此過程中，測量電路記錄探頭前進及返回基準點和垂線鋼絲的脈沖數,經計算得到位移量。
該傳感器的機械部件較多，易出現故障，其長期穩定性也不易保證。我國有關廠家也仿制了這類傳感器，在實際工程應用中的故障率較高。
(6)CCD傳感器
由河海大學結合國家三峽工程重大基金項目研制。該傳感器由若干個特別研制的CCD線陣模塊和發光二極管陣列模塊組成，當垂線穿過并產生位移時，CCD線陣模塊記錄垂線位移與基準點的位置，從而計算出位移量。
該傳感器技術先進，精度和可靠性高，在上標和響洪甸等水利水電工程中得到應用。
(7)其它新穎傳感技術
①光纖傳感技術光導纖維是由不同折射率的石英玻璃包層及石英玻璃細芯組合而成的纖維。它能使感受到的各種物理量而計算出監測量，以及傳送感受的信息通訊。目前，應用于光纖傳感的監測量主要是裂縫，應力應變尚需進一步研究。應用信息通訊較為廣泛，且安全可靠。
②CT技術意稱計算機層析成像。它指的是在不破壞物體結構的前提下，根據物體周邊所獲取的某種物理量(如波速、X線光強)的一維投影數據，應用數學方法，通過計算機處理，重構物體特定層面的二維圖像及其由此重構的三維圖像；從而定量描述物體內部材料分布和缺陷。該技術將成為工程結構物內部隱患監測和老化評估的一種重要手段，在國內外得到應用，我國豐滿水電站等工程中也得到成功應用。
③滲流熱技術依據滲流場與溫度場同時滿足擴散方程及其初始和邊界條件的原理，利用埋設的溫度計測值分析滲流場的分布及其異常部位。
④GPS技術利用衛星定位技術(GPS)監測堤壩和巖土邊坡的表面變形.
⑤激光傳感技術由激光點光源(即發射點)發射的激光與激光探測儀(即接收端點)構成激光淮直線，由發射的激光在波帶板及支架(測點)上觀測位移量。它可分大氣激光和真空激光準直，其中的真空激光準直除包括激光點光源、波帶板及其支架和激光探測儀，即發射點、測點和接收端點以外，,還有真空管道。我國豐滿和太平哨水電站等大壩壩頂水平位移和垂直位移的10多年觀測資料表明，真空激光準直具有精度高、長期穩定等優點。
2.1.2數據采集裝置數據采集裝置將各類傳感器測出的物理量(如電阻、電阻比、電容、電感和頻率等)轉化為數字量(如位移、滲壓、應變和溫度等)，即A/D轉換,以便遠程輸送。當距離超過100m以后，傳感器輸出的電量和頻率等信號，隨距離的增大急劇衰減，以至無法測出物理量，但數字量可遠距離輸送。因此，一般將幾十個傳感器按部位接入數據采集裝置，使傳感器觀測的物理量轉換為數字量。按監測方式不同，數據采集裝置可大致分為以下幾種類型。
(1)自動化數據采集裝置國內外自動化數據采集裝置主要有，美國Geomation公司的2300系統、Sinco公司的IDA系統；我國臺灣研華公司的ADAM4000和ADAM5000系統；南京電力自動化設備廠的FWC-1系統等。按結構的不同可歸納為總線型和集散型兩大類。
①總線型結構Geomation公司的2370型、IDA、ADAM4000、ADAM5000以及FWC-1等系統均屬于總線型結構.以IDA系統為例,其系統結構見圖2(a)，模塊箱的結構見圖2(b).圖中主機為工控機，中繼起聯接和中斷作用。
IDA母線有二線信號、二線電源；A1～An是智能測量模塊，每個模塊可接8個傳感器；B1～Bm是智能傳感器。A和B有解釋指令、多路傳輸、A/D轉換和錯誤查詢等功能。同時具有自動和人工測讀的兩種功能，并可防雷。
②集散型結構Geomation公司研制的2350型、2380型等系統屬集散型結構。其系統結構見圖3。
從圖3中可見，NMS為主機；NRU起中繼和網點(即可轉成有線的調制信號)的作用；MCU(3)是異地單元,也起中繼作用(距離近的可以不用)；MCU(4)和MCU(5)也是異地單元，但它能起無線電發射和接收作用；MCU(6)～MCU(N)是監測傳感器。在這兩種型式中，總線型結構具有抗干擾能力強、可靠性高、現場調機方便和造價低等優點。其中Geomation公司的2370型、IDA等系統可接入電式和頻率式傳感器。
(2)人工或半自動化數據采集裝置人工或半自動化數據采集儀可在現場測讀傳感器的測值，或用筆記本電腦采集。其中，差動電阻式采集儀主要有SQ-2型數字電橋、XJ型數字式電阻比檢測儀、ZJ型數字式和PSM-R型電阻比檢測儀等；鋼弦式采集儀主要有SDP-3型鋼弦溫度測試儀和GPC-1型袖珍式鋼弦頻率測定儀等。
2.2數據管理系統
水利水電工程大壩可埋有幾百個、幾千個甚至上萬個傳感器。如長江三峽水利樞紐建筑物就埋設約一萬多個傳感器，其采集數據每年達幾百萬個，并隨著觀測年限的增加，數據將越來越多，對這些海量數據必須進行科學有序地管理，以便為分析評價系統提供可靠的信息。數據管理系統的核心是數據管理軟件和應用軟件。
2.2.1數據庫管理軟件平臺在大、中型水利水電工程中，目前常用的數據庫管理系統有Oracle、Sybase、Informix以及SQLServer等4大類。其中以Oracle和Sybase數據庫在中國應用最廣。而Sybase為單進程、多線索結構，即通過單進程的多重通路來同時服務于多用戶，提高內存的有效使用率，便于優先程序的查詢。因此，Sybase數據庫無論在總體結構、功能和特性等方面都有較大優勢。本文作者開發和研制的7個大型水電工程的數據(或信息)管理及專家綜合評價系統，主要采用了Sybase數據管理系統。在小型水利水電工程中，目前常用的數據庫管理系統有DBase，Foxbase和Foxpro等。而Foxpro為用戶級數據庫系統,目前采用較多。
2.2.2數據庫邏輯模型檢測的目的是分析評價工程的安全狀況。因此，根據分析評價的需要，數據庫的邏輯模型包括工程檔案、原始數據、整編數據和生成數據等4個分庫(見圖4)。
(1)工程檔案分庫該分庫管理工程概況以及與工程安全有關的設計、施工資料等.
(2)原始數據分庫管理監測資料的原始數據，包括物理量(電阻、電阻比、電感、電容、頻率等)和監測效應量(變形、揚壓力、滲流量、應力應變和溫度等)，并應保證原始數據的真實性。
(3)整編數據分庫依據有關標準和規范，對原始數據進行誤差識別和轉換；按結構單元和監測項目進行整編，包括測值統計表及其過程線圖，以及特征值(如最大值、最小值等)和環境量(如水位、氣溫、降雨、地下水位等)的統計等；對測值進行初步分析，初步識別異常值以及復測；編制日報、月報和年報，其中，日報是刊錄測頻高(每日一次或數次)的自動化監測系統的數據。
(4)生成數據分庫對監測資料分析和反分析的成果，結構和滲流分析和反分析的成果，以及與工程安全有關的設計、施工和運行的專家知識等進行管理，為工程安全分析評價提供定性和定量的依據。主要包括大壩或各結構單元在各荷載組合工況下的應力和位移、壩體溫度場、壩體和壩基滲流場(等勢線和流線)；位移和揚壓力的力學規律計算值；各測點的統計模型，變形測點和空間位移場的確定性模型和混合模型；變形、應力和揚壓力的監控指標；歷次異?；螂U情的分析評價成果等。
2.2.3應用軟件根據數據庫的邏輯模型,在數據庫的軟件平臺上，開發和研制數據庫的應用軟件，主要包括：
(1)菜單編程對數據庫的菜單和各個分庫的菜單等編制應用程序。可以采用下拉式或全屏幕式。
（2)原始數據管理的應用軟件包括與采集系統相聯的通訊軟件；按結構單元和測控裝置將傳感器監測的物理量(電阻、電阻比、電感、電容和頻率等)或數字量(變形、滲壓、滲流量、應力應變和溫度等)編制成圖表的軟件。
(3)整編數據管理的應用軟件包括誤差識別和處理程序；將物理量轉化為數字量(應變轉化為應力，以及測控裝置沒有轉換為數字量的物理量)；按結構單元，將數字量及其相應環境量編制整編成圖表的軟件；初分析軟件；編制日報、月報和年報的軟件等。
(4)生成數據管理的應用軟件包括對監測資料分析和反分析成果、結構和滲流分析和反分析成果，以及有關專家知識等，并編制成相應圖表的軟件。
2.3分析評價系統[3]
對水利水電工程監測和監控的目的是，依據監測資料和相應的專家知識，對工程的安全狀況作出綜合分析和評價。因此，完整的現代測控系統必須包括分析評價系統.其功能是依據監測資料、結構、滲流等分析和反分析成果，以及與工程安全有關的設計、施工、運行管理、法規和規劃等專家知識，對監測資料進行分析和評價，從中尋找異常值或不安全因素，并對此進行成因分析和輔助決策等。因此，分析評價系統應包括資料評價、綜合檢查分析、觀測檢查、物理成因分析、專家綜合診斷和輔助決策等部分，其結構和流程分別見圖5和圖6。
2.3.1資料評價應用時空分布、力學規律、監控模型、監控指標、日常巡查和關鍵問題等6類評判準則，對監測值進行分析評判，從中識別異常值或不安全因素。
2.3.2檢查分析對異常值或不安全因素，通過同一部位的同類監測量、相關監測量和環境量的綜合分析(或相關分析)檢查，從中識別引起異常值或不安全因素的成因。如由觀測引起的，則進入觀測檢查；是由結構和荷載引起的，則進入物理成因分析。
2.3.3觀測檢查對由觀測引起的異常測值，首先檢查觀測記錄，然后檢查采集系統。對觀測記錄錯誤的測值宜進行刪除或修改；對監測采集系統引起的異常測值，在排除故障后重測并進行修正。
2.3.4物理成因分析對由結構和荷載引起的異常值或不安全因素，首先檢查環境量(或外因)有無產生特殊荷載工況。若有，則分析壩基異常(包括變形、穩定和應力等)成因，然后分析建筑物異常(變形、應力、裂縫等)成因，當穩定和強度滿足安全要求時，則“異?！被颉安话踩蛩亍笔怯珊奢d引起的，為結構調整所致,所以屬基本正常。若無特殊荷載工況，則反分析壩基和壩體的計算模型和計算參數等；然后，正演分析監測量,若與實測值一致，則為計算條件改變而引起的；并復核壩基和壩體的穩定和強度，若滿足安全要求，則雖為結構引起，但尚屬基本正常；若穩定和強度不滿足安全要求，則為異常或險情，隨即進入輔助決策。若分析不出物理成因，則進入專家綜合診斷。
2.3.5專家綜合診斷對異常或不安全因素的疑難雜癥，即難以分析成因的，進行專家綜合診斷，包括對其影響因素和安全度的專家綜合評判。
2.3.6輔助決策依據異?；螂U情的程度，首先提出報警級別，然后提出輔助決策的建議。其中報警級別分三級，一級為險情，二級為異常，三級為局部異常。輔助決策建議包括運行控制水位和補強加固處理措施的建議等。
2.3.7支持庫群為了給以上分析評價提供定量依據，該系統還包括數據庫、方法庫、知識庫和圖庫等支持庫群。
(1)數據庫主要管理監測資料及其分析和反分析成果，與工程安全有關的設計、施工和運行資料等。
(2)方法庫依據安全分析評價需求，方法庫主要包括監測資料分析和反分析軟件包，結構和滲流分析軟件包,綜合分析和評價程序，以及輔助決策程序等。如本文作者給多座水利水電工程開發的分析評價系統中，共設置40個程序。其中，監測資料分析和反分析軟件包有監測資料預處理、資料分析和反分析等22個程序；結構和滲流分析軟件包有規范法的應力和穩定分析，有限元靜力、動力以及粘彈性和粘彈塑性分析等13個程序；綜合分析和評價包括影響因素和安全度評價等2個程序；輔助決策包括報警、洪水反調節等3個程序。從而，總體上能滿足安全分析和評價的定量分析需要。
(3)知識庫包括專家語言的定量化知識,隱蔽薄弱部位的設計和施工的專家知識，歷次安全定期檢查以及異常或不安全因素的分析評價成果等。
(4)圖庫包括圖形庫和圖像庫。其中，圖形庫包括分析和評價過程中的各類圖表；圖像庫包括分析評價結論的多媒體演示等。
2.3.8分析評價的人工智能技術為了實現分析評價的人工智能化，分析評價系統采用正向推理、反向推理、混合推理和元控制等4種技術。其中，正向推理為已知問題的事實，在知識集中尋找匹配知識，反復循環直至找到有解結論；反向推理為已知或假設結構，從知識集中尋找匹配的解，反復循環，直至找到匹配的解；混合推理為融合正向和反向推理的原理，先正向后反向或先反向后正向；元控制是將元知識(即知識的知識)構成元知識庫，以求解問題的目標。
2.4計算機及通訊網絡技術
由于高新測控技術是將數據采集、信息管理和分析評價融匯在一起的龐大系統工程，必須在現代計算機及通訊網絡技術的支持下才能實現。
2.4.1計算機網絡拓撲結構常用的拓撲結構有總線形、星形和樹形等(見圖7)。其中，總線形結構為網絡所有結點連在通信總線上；星形結構為網絡所有結點連接在中心結點上，由中心結點負責數據處理和交換；樹形結構為自頂而下的層次化的擴展式結構，頂部結點為根結點，連接2個以上結點的稱為支節點，以下為端結點，以根結點為網絡核心、支結點為子網絡中心、端結點為面向用戶的桌面。
一般大中型水利水電工程結構單元(如壩段)較多、布置的測點也較多，宜用總線形；對省局(廳)或大網局，由于所屬水利水電工程較多，分布也廣，而需要由局中心控制時，宜用星形結構，其中一個結點為一座水利水電工程；對特大型水利水電工程.如三峽工程，由于分項工程較多，宜用樹形結構(見圖8)。
2.4.2計算機通訊網絡平臺單個的水利水電工程一般用局域網，可采用高速光纖、載波或微波等網絡通訊。對省網局(廳)或大型水利水電工程需要有外部技術支持的，一般采用廣域網，亦可采用以太網或Intranet網等。
2.4.3計算機工作方式一般采用C/S(客戶機/服務器)方式。其中，服務器主要存儲監測數據以及與工程安全有關的設計和施工等資料，應該有強大的存儲和處理數據的功能；其型號和數量視工程規模、監測項目的多少，由需求分析確定，一般應有雙機或多機熱備份。客戶機主要面向用戶的分析評價和輔助決策等，可由多臺并行計算機完成。
3結語
(1)現代化測控技術應包括數據采集、管理和分析評價等功能，以及完成這些功能的計算機軟硬件環境和通訊網絡環境。
(2)數據采集包括傳感器和測控裝置，完成A/D轉換，以便監測的數字量能遠距離輸送。
測控技術論文范文第2篇
[關鍵詞]提升效率數控機床切削刀具
一、提升數控加工的意義所在
數控機床具有生產效率和加工自動化程度高，零件的加工精度和產品的質量穩定性好，能完成許多普通機床難以加工或根本無法加工的復雜型面加工，幾乎不要專用的工裝卡具、減少在制品，提高經濟效益和大大減輕操作工人的勞動強度等一系列優點。隨著制造業的迅速發展，大力發展以數控機床為先導的裝備制造業已成為我國政府的一項產業政策，將對數控機床的發展產生重大的影響。用好數控機床提高數控機床的利用率具有重要的現實意義，它不僅能增加企業的效益，而且還有助于提高我國制造業的整體素質和加快建設制造強國的進程。
二、影響數控機床加工的因素
1.數控機床應用水平不高
數控加工在中國制造業中已經有了較長的使用時間，雖然有嚴格的數控機床操作規范、良好的機床維護保養，但是其本身的精度損失是不可避免的。為了控制產品的加工質量，我們定期對數控設備進行檢測維修，明確每臺設備的加工精度，明確每臺設備的加工任務。對于大批量成批生產的零件加工工廠，應嚴格區分粗、精加工的設備使用，因為粗加工時追求的是高速度、高的去除率、低的加工精度，精加工則相反，要求高的加工精度。而粗加工時對設備的精度損害是最嚴重的，因此我們將使用年限較長、精度最差的設備定為專用的粗加工設備，新設備和精度好的設備定為精加工設備，做到對現有設備資源的合理搭配、明確分工，將機床對加工質量的影響降到了最低，同時又保護了昂貴的數控設備，延長了設備的壽命。
2.操刀次數及位置不合理
利用數控車床進行批量生產、特別是大批量生產時，在保證加工質量的前提下，提高加工效率、確保加工過程的穩定性是獲得良好經濟效益的基礎。數控車削批量加工時，選擇簡便的換刀方式，是減少換刀輔助時間、減少機床磨損、降低加工成本的有效途徑。改進換刀點設置是為達此目的進行的有效嘗試之一。為此，在夾具選擇、走刀路線安排、刀具排列位置和使用順序等方面都要精細分析、優化設計，改進換刀點設置，減少運行成本，提高加工效率。
3.編程技巧不強
程序的效率直接影響著機床的工作效率，所以優化編程質量是提高數控機床工作效率的一個重要方法。首先，熟悉機床的指令，充分開發機床的內部功能，尋找高效的編程和加工方法。其次，大力推廣計算機編程，加強計算機切削模擬，提高程序的可靠性，從而減少或取消在數控銑床上調試程序的時間。再次，合理編程，盡量減少機床走空刀的情況。
三、提高數控機床加工效率的措施
1.培養優秀的數控技術人才
數控機床雖然智能程度提高，但是人的作用卻至關重要。沒有技術好的編程人員，數控機床的效率就不可能得到有效提高，沒有好的機床操作者就達不到最佳加工方式，產品的廢品率就會提高，同時也會大大降低數控機床的使用效率和縮短機床的使用壽命。因此，要提高數控加工的效率，就必須培養出優秀的數控技術人員。
2.對數控機床實施科學管理
數控機床不同于普通機床，不能把管理普通機床的方法照搬到數控機床上。據一些使用數控機床較早的用戶多年管理實踐證明，凡是數控機床較多的單位，以相對集中管理的方式較好，即“專業管理，集中使用”的辦法。工藝技術準備由工廠工藝技術部門負責，生產管理由工廠下達任務統一平衡。有條件的可以采用計算機集成管理的生產方式。由計算機把數控機床生產所需的各種作業和加工信息管理起來，實行信息共享，以減少生產準備時間，優化物流路線，可有效的提高生產率。
3.合理選擇切削刀具
刀具的選擇是保證加工質量和提高加工效率的重要環節。為了提高生產率國內外數控機床尤其是加工中心正向著高速、高剛性和大功率方向發展。這就要求具必須具有能夠承受高速切削和強力切削的性能，而性能要穩定。在選用刀具材料時，凡加工情況允許選硬質合金刀具時，就不應選用高速鋼刀具。有條件的選用性能更好更耐磨的刀具，如涂層刀具、立方氮化刀具、陶瓷刀片等。
這里特別強調一下球頭刀具的使用，在進行自由曲加工時，由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此為保加工精度，切削行距一般取得很密，故加工效率很低。平頭刀具在表面加工質量和切削效率方面都優于球頭具。因此，只要保證不過切，無論是曲面的粗加工還是加工，都應優先選擇平頭刀。
測控技術論文范文第3篇
課題名稱： PLC先進控制策略研究與應用
1、選題意義和背景。
可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller, PLC)具有可靠性高、抗干擾能力強、功能豐富等強大技術優勢，已經成為目前自動化領域的主流控制系統。然而，從目前的應用情況來看，PLC還大都只是承擔最基本的控制功能，如順序控制、數據采集和PID反饋控制。各個PLC廠家也在其產品中設計了PID模塊。雖然PID算法控制有很高的穩定性，但對于一些復雜控制系統，PID控制很難滿足控制要求，這也使PLC的發展面臨著一種挑戰。隨著越來越多的PLC產品與IEC1131-3標準兼容，PLC控制系統越來越開放，將先進控制算法嵌入PLC常規控制系統成為可能。本課題從工業控制實際應用角度出發，對PLC的控制功能進行深入的研究和探討，以提高和擴展PLC控制器的應用水平和應用范圍。本課題：PLC先進控制策略的研究與應用，其目的是通過研究使一些先進控制算法在PLC及組態系統上得以實現，并開發相應的應用程序，經過驗證后最終應用到工業過程控制中去。
在PLC組態系統中實現先進控制算法，包括預測控制算法和模糊邏輯控制算法，形成具有人工智能的控制模塊及網絡系統，能大大提高系統的控制水平，改善控制質量。從經濟角度來看，目前PLC生產商的一些產品具備先進控制模塊，如模糊模塊。但它們的價格十分昂貴，且封閉性較強，不適合我國中小型企業的工業改造。因此開發較為通用的先進算法實現技術，對于我國中小型企業的工業改造具有很大的意義，既可降低生產成本，又可提高經濟效益。
模糊控制與預測控制是智能控制中技術較為成熟的分支，因此，研制和開發出適合工業環境的實時先進控制開發工具，實現模糊控制、預測控制嵌入PLC,與常規控制集成運行，讓先進控制從教授、專家手中走出來，實現先進控制的工程化、實用化、轉化為社會生產力，對縮短控制系統開發周期，加快先進控制技術的廣泛應用，提高我國的工業自動化水平有著重大的意義。
2、論文綜述/研究基礎。
在過程工業界，從40年代開始，采用PID控制規律的單輸入單輸出簡單反饋控制回路己成為過程控制的核心系統。目前，PID控制仍廣泛應用，即便是在大量采用DCS控制的最現代的工業生產過程中，這類回路仍占總回路80%-90%.這是因為PID控制算法是對人的簡單而有效操作的總結和模仿，足以維護一般過程的平穩操作與運行，而且這類算法簡單且應用歷史悠久，工業界比較熟悉且容易接受。
然而，單回路PID控制并不能適用于所有的過程和不同的要求[4}0 50年代開始，逐漸發展了串級、比值、前饋、均勻和Smith預估控制等復雜控制系統，即當時的先進控制系統，在很大程度上滿足了單變量控制系統的一些特殊的控制要求。在工業生產過程中，仍有10%-20%的控制問題采用上述控制策略無法奏效，所涉及的被控過程往往具有強藕合性、不確定性、非線性、信息不完全性和大純滯后等特性，并存在著苛刻的約束條件，更重要的是它們大多數是生產過程的核心部分，直接關系到產品的質量、生產率和成本等有關指標。隨著過程工業日益走向大型化、連續化，對工業生產過程控制的品質提出了更高的要求，控制與經濟效益的矛盾日趨尖銳，迫切需要一類合適的先進控制策略。自50年代末發展起來的以狀態空間方法為主體的現代控制理論，為過程控制帶來了狀態反饋、輸出反饋、解疆控制、自適應控制等一系列多變量控制系統設計方法}s}.上述多變量控制策略有其自身的不足之處，工業過程的復雜性使得建立其正確的數學模型比較困難。同時，計算機技術的持續發展使得計算機控制在工業生產過程中得到了廣泛的應用，強大的計算能力可以用來求解過去認為是無法求解的問題，這一切都孕育著過程控制領域的新突破。
整個80年代，出現了許多約束模型預測控制的工程化軟件包。通過在模型識別、優化算法、控制結構分析、參數整定和有關穩定性和魯棒性研究等一系列工作，基于模型控制的理論體系己基本形成，并成為目前過程控制應用最成功，也最有前途的先進控制策略。近年來，人工智能技術有了長足的長進并在許多科學與工程領域中取得了較廣泛的應用。就過程控制而言，專家系統、神經網絡、模糊系統是最有潛力的三種工具。專家系統可望在過程故障診斷、監督控制、檢測儀表和控制回路有效性檢驗中獲得成功應用。神經網絡則可以為復雜的非線性過程的建模提供有效的方法，進而可用于過程軟測量和控制系統的設計上。模糊系統不僅是行之有效的模糊控制理論基礎，而且有望成為表達確定性和不確定性兩類混合并提煉這些經驗使之成為知識進而改進以后的控制，也將是先進控制的重要內容。
由于先進控制受控制算法的復雜性和計算機硬件兩方面因素的影響，早期的先進控制算法通常是在PC機和UNIX機上實施的。隨著DCS功能的不斷增強，更多的先進控制策略可以與基本控制回路一起在DCS控制站上實現。國外發達國家幾乎所有企業都采用了DCS系統或其它智能化設備來實現對生產過程的控制，并在此基礎上通過實施先進控制與優化較大的提升了系統的性能?？梢哉f，高性能控制系統，尤其是DCS系統的普及為先進控制的應用提供了強有力的硬件和軟件平臺。國外從70年代末就開始了先進控制技術商品化軟件的開發及應用，并在DCS的基礎上實現先進控制和優化。如愛默生公司的DeltaV和Honeywell公司的TDC3000,其先進控制軟件RMPGT和RPID等在現場的實際應用都集中在自己的DCS系統上。傳統的PLC由于不支持浮點運算以及先進控制所必須的精確的時間，因此，除了模糊邏輯控制外，其他的先進控制并沒有在PLG平臺上實現。然而，在過程工業中大多系統使用先進靈活的PLC控制系統，因此1996年Barnes提出了一種基于PC-PLC通訊的混合方式，通過控制網絡實現計算機與PLG的通訊，從而實現先進控制。
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4、論文提綱。
第一章前言
1. I論文研究的目的和意義
1. 2論文研究的主要內容及工作簡述
1. 3國內外文獻綜述
I. 3. 1先進控制的發展及現狀
1 .3 . 2 PLC在工業控制領域的應用
1.3 . 3 PLC基本控制方法
1. 3. 4 PLC模糊控制器
I. 3. 5 PLC預測控制算法
第二章SIMATIC S7-300 PLC及STEP7系統
2.1 SIMATIC 57-300 PLC系統
2.1.1 S7-300 PLC
2.1.2 S7-300 PLC控制系統
2.2 STEP7系統
2.2.1 STEP7功能及結構
2.2.2組態環境及編程語言
2.2.3基本控制算法的實現二
第三章PLC模糊控制器的研究與實現
3.1模糊控制算法與系統
3.1.1模糊控制理論
3.1.2模糊控制系統
3.1.2.1模糊控制器的組成
3.1.2.2模糊控制算法
3.1.2.3模糊控制器的結構
3.2 PLC模糊控制器設計
3.2.1 PLC模糊控制器結構
3.2.2模糊控制器離線部分設計
3.2.2.1模糊控制器離線部分算法設計內容
3.2.2.2基于MATLAB模糊邏輯工具箱的設計
3.2.3 STEP7實現模糊控制器設計
3.2.3.1模糊算法流程圖
3.2.3.2模糊算法的功能塊
3.2.4 PLC模糊控制器的仿真驗證
3.2.4.1仿真系統的建立
3.2.4.2仿真結果驗證
第四章PLC預測控制器的研究與實現
4.1廣義預測控制算法
4.1.1單值廣義預測控制
4.1.2單值廣義預測控制律計算
4.2 PLC單值廣義預測控制器的設計與實現
4.2.1單值廣義預測算法的實現步驟
4.2.2單值廣義預測控制器的設計
4.3單值廣義預測控制器的仿真驗證
4.3.1仿真模型的建立
4.3.2仿真結果分析比較
第五章基于PLC的空調性能檢測實驗室計算機控制系統
5.1工藝流程與控制方案
5.1.1工藝過程簡述
5.1.2控制要求
5.1.3控制方案設計
5.2控制系統結構及配置
5.3監控系統組態設計
5.4 57-300 PLC控制系統設計
5.4.1硬件系統組態
5.4.2 PLC控制程序設計
5、論文的理論依據、研究方法、研究內容。
目前，PLC的應用十分廣泛，涉及到過程控制的方方面面。但在控制策略上，它依然沿用傳統的PID控制。許多PLC開發商把PID算法做成模塊，固化在PLC中。
但從長遠角度看，對于一些復雜的控制系統，PID很難滿足控制要求，這就需要把先進的控制算法嵌入到PLC的設計中。本課題以此為主要研究內容。
工業過程的復雜性以及對于控制日益提高的要求，各種先進控制算法越來越多地深入到控制領域，但由于PLC的編程目前還限于低級語言(如梯形圖)，所以，給在PLC上實現先進控制算法帶來了困難。SIEMENS在PLC的編程系統STEP7中提供了比較豐富的功能模塊，因此，本課題首先是通過對控制算法的研究與改進和對STEP?功能的開發，使先進控制策略在S7-300 PLC上得以較好的實現。本論文重點研究基于PLC的模糊控制器的實現，這一領域目前研究的比較多，因此在總結前人研究方法的基礎上，設計出一個基于PLC的通用的模糊控制器，并使其固化在STEP7軟件中。此外，對于PLC預測控制雖已有一些研究，但都僅限于理論方面，尚未給出PLC上實現的實例。本課題也想在此方面有所創新，開發出基于PLC的預測控制實現技術。
本論文第一章簡要介紹了課題的來源背景、主要內容、目的意義以及國外相關工作的研究狀況等。
第二章介紹了SIMATIC S7-300 PLC的主要特點，系統組成及控制系統的配置與實現，同時介紹了STEP?軟件的功能及結構，組態環境，以及一些基本算法的實現方法。
第三章重點闡述了模糊控制的基本理論、模糊控制算法、模糊控制器的結構及設計方法。提出了基于PLC的模糊控制器的實現方法，即采用MATLAB離線設計，PLC在線查詢的方式。給出了STEP?實現模糊算法的流程圖及部分程序。
最后建立一個過程仿真系統，對PLC模糊控制器進行仿真驗證。
第四章介紹了預測控制的基本理論，重點闡述了廣義預測控制算法，并結合PLC的特點，提出了基于PLC的單值廣義預測控制器的設計方法，給出了STEP7實現單值廣義預測算法的步驟與流程圖。最后建立一個二階大滯后的對象模型，構成仿真控制系統，與PID控制進行比較分析，驗證PLC預測控制器的有效性。
第五章是作者在研究生期間參加的某空調性能檢測實驗室基于PLC實現的計算機控制系統，從系統控制方案的設計、系統配置和硬件構成、監控系統的設計等幾個方面分別進行了詳細的論述。
第六章結論與體會，總結自己在課題研究和項目研究的過程中的一些體會和心得，分析了工作中的不足，提出了以后工作的注意事項，改進方法。
6、研究條件和可能存在的問題。
I.盡快建立樣板工程，把己經取得的研究成果應用到工程實際過程中，通過實踐檢驗，發現問題以便不斷改進和提高。
2. PLC預測控制器目前只應用了簡單的單值廣義預測算法，有其自身的局限性，如控制精度不高。目前，應用較為成熟的是MPC算法，因此可以把PLC-MPC控制器作為今后研究的一個重點。
3.對于PLC模糊控制器的改進，主要是在算法上，為了提高控制效果，單純的模糊算法是不足的，改進型模糊算法如模糊PID可以改善控制器性能，因此可以開發PLC模糊PID控制器。
4.進一步挖掘STEP?軟件的功能，開發過程對象仿真模塊，給出基于PLC建立仿真系統的方法和步驟，為工業實阮應用縮短調試時間，保證系統的可靠性。
7、預期的結果。
1.通過對先進控制各種算法的分析比較，對先進控制理論有了進一步認識，從中學到了不少解決問題的方法，理解了傳統控制方法與先進控制方法的區別。
2.基于PLC實現先進控制與基于PC實現先進控制相比較，最重要的一個優勢在于PLC實現先進控制不需要通訊協議，而基于PC實現先進控制，在系統設計和運行之前必須正確的配置PC與PLC之間的通訊協議，因此可以降低系統得開發時間。其次，在系統運行時，在下位機上完成先進控制算法比在上位機完成更具有實時性。在可靠性方面，由于基于PC實現先進控制，現場的數據和信號要經過通訊傳給上位機，這難免會出現數據的丟失和信號的誤差，從而使系統的控制精度下降，而基于PLC實現先進控制避免了這類現象的發生。
3.西門子57-300 PLC功能強、處理速度快、模塊化結構易于擴展，被廣泛的應用于自動化控制系統中;其相應開發軟件STEP7采用模塊化編程方法，提供多種編程語言，豐富的功能模塊，能實現較為復雜的功能和算法。因此二者結合 起來，為先進控制的設計與開發提供了很好的軟硬件平臺。
4. PLC模糊控制器采用MTALAB離線設計和PLC在線查表的方法，把復雜的模糊推理過程交給計算機離線完成，得到模糊控制量查詢表供PLC在線調用。此方法將復雜瑣碎的模糊控制系統的開發工作變得簡單明了，大大縮短了開發周期，同時也提高的PLC控制的實時性，是目前被廣泛采用且效果良好的PLC模糊控制器的設計方法。
5. PLC單值廣義預測控制器采用簡單實用的單值廣義預測控制算法，它需要調整參數少、在線計算時間短，可適用于PLC類控制采樣周期較短的快速動態過程系統。仿真結果表明：PLC單值廣義預測控制器保持了預測控制的性能，控制效果較PID控制有很大改善，同時具有計算量小，響應迅速的優點。
8、論文寫作進度安排。
20XX.05-20XX.06 開論文會議
20XX.06-20XX.07 確定論文題目
20XX.07-20XX.02 提交開題報告初稿
20XX.02-20XX.06 提交論文初稿
測控技術論文范文第4篇
關鍵詞：多相電機 直接轉矩控制 預測控制 多相SVPWM
前 言
與傳統的三相電機變頻調速系統相比，多相系統[1，2]擁有諸多優勢：能夠實現低壓大功率、擁有更多的控制自由度、更強的容錯運行能力和更小的轉矩脈動等。由于上述優點以及大功率傳動領域的旺盛需求，多相調速系統成為學術界和工程界的研究熱點。目前高精度多相調速系統控制策略主要有矢量控制和直接轉矩控制，其中矢量控制對參數的依賴性比較大，而直接轉矩控制具有系統結構簡單，轉矩動態響應快，以及魯棒性好等優點，因此得到越來越多的研究。
基于開關表的直接轉矩控制[3]策略通過滯環方式，粗略地控制磁鏈大小和轉矩變化方向，而不能精確地控制其變化量，會導致調速系統低速運行性能較差并且穩態轉矩脈動較大，特別是在多相電機中，注入的電壓諧波映射到其他平面，進而產生諧波電流，對電機產生不利影響。而基于多相SVPWM的轉矩預測控制策略[4]，可以通過相關算法得到所需要的理想電壓矢量，從而實現對轉矩差值和磁鏈差值的精確控制。基于SVPWM的轉矩預測方法將磁鏈差值和轉矩差值經過兩個PI調節器，得到相應平面的電壓矢量。以5相感應電機為例，可以分為基波平面和3次諧波平面，通過上述方法可以很方便實現對任何一個平面電壓矢量的控制，進而可以有效抑制定子電流諧波，并且能夠應用非正弦供電技術。
1、基于SVPWM的轉矩預測控制方法
相關文獻已經對傳統3相電機基于SVPWM[的轉矩預測控制方法進行了相關介紹與研究[3-4]。本文將其擴展到5相電機直接轉矩控制系統中。為方便分析，將電機定轉子電壓方程表示為如下形式：
（1）
其中， ， 。將式（1）在 坐標系展開可得：
（2）
為簡化上述表達式，將式（2）等式右邊的表達式分別記為 和 ：
（3）
圖1 基于SVPWM的轉矩預測控制框圖
由于實際控制系統是基于數字控制實現算法，需要對上述連續系統表達式進行離散化，圖1為基于SVPWM的轉矩預測控制方法的原理框圖。假定系統的中斷采樣周期為 ，磁鏈差值和轉矩差值分別為 和 ，則式（3）可以改寫為：
（4）
從而可以得到 和 的差分方程：
（5）
以 和 作為基波平面的電壓參考矢量，即 。然后利用多相SVPWM技術合成參考電壓矢量，即可實現對轉矩和磁鏈差的精確補償。
2、實驗結果
為了驗證上述理論，構建了一套具有TMS320F2812為核心的5相感應電機變頻調速系統，并給出了基于SVPWM轉矩預測控制策略的實驗結果，如圖2所示。5相異步電機參數為：極對數 ，額定電壓為200V，額定電流為10A，額定轉速為970r/min，額定轉矩為100N，定子電阻 ，電感參數 ， 。
圖2 基于SVPWM的轉矩預測控制實驗波形
上述實驗結果表明基于SVPWM的轉矩預測控制策略對3次諧波電流有較好的抑制作用，改善定子波形，并有效減少定子銅耗和轉矩脈動。
3、總結
仿真和實驗結果中可以看出：
（I）與傳統的開關表直接轉矩控制相比，基于SVPWM轉矩預測控制策略能有效控制電壓矢量，繼而有效控制定子電流。對多相電機來說，并不是所有諧波都是對電機有利的；不合理注入諧波會給電機帶來擾動與額外損耗，進而影響電機總體效率和運行性能。
（II）SVPWM轉矩預測控制策略具有良好的穩定性能，穩態時轉矩波動較小。電機加載時，電流沖擊也不大，說明該控制策略下的系統具有較好的穩定性和抗干擾能力。
（III） SVPWM轉矩預測控制策略沒有采用傳統DTC的bang-bang控制方式，在動態性能會有所減弱，這也是該方法的不足之處。這就需要根據實際應用工況進行合理選擇。
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測控技術論文范文第5篇
關鍵詞 創新性實驗計劃 測控技術與儀器 人才培養模式
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
1 創新型人才培養的重要意義
曾在全國科學技術大會上指出：“把增強自主創新能力作為國家戰略，貫穿到現代化建設各個方面，激發全民族創新精神，培養高水平創新人才，形成有利于自主創新的體制機制，大力推進理論創新、制度創新、科技創新，不斷鞏固和發展中國特色社會主義偉大事業。”國內各高校也都將創新型人才培養作為己任，不斷推進教學改革，采取一系列的措施改進創新型人才培養體系，提高創新型人才培養質量。很多高校借鑒了一些國外高校的做法，在教學活動設計上進行改革，逐漸從側重書本知識和理論教育，實驗教學較少，在實驗過程中學生的參與和師生間、學生間的互動不多的模式向強調對學生獨立思考、自主設計及實踐能力的培養，特別是和測控技術相關的一些課程，更是如此。
2 創新型人才培養模式
創新型人才培養不局限在培養學生的理論基礎，更重要的是培養學生的工程實踐能力，因此高度強化實踐環節，引導學生認真完成實踐環節，培養創新精神和工程素質。實踐教學環節分成三個層次：課內實驗、獨立實踐、開放性實踐。
我們建立的創新型人才培養模式貫穿人才培養的全過程，通過采取開展暑期夏令營，建立課外興趣小組，在本科生中開展測控技術與儀器學科前沿講座，開設創新性設計課程，開設網上科技論壇搭建師生交流平臺等措施，從大一開始就進行創新型人才培養與訓練，建立了大二打基礎，大三做實戰，大四帶大三參加科技競賽獲獎的基本模式，將畢業設計與競賽無縫銜接，本科生在省部級以上科技競賽的獲獎比例達全部學生人數的50%以上。最重要和最有效的一個方法是啟動了大學生創新性實驗計劃，通過一定的資助鼓勵同學參加教師的科研活動，系統地對學生進行綜合素質教育、專業意識教育和創新思維教育，使得學生在創新思維、研究方法、創業能力等各個方面均取得優異成績。
3 創新性實驗計劃的實施
在創新型人才培養模式中，大學生創新性實驗計劃占有重要位置，發揮重要的引領作用。通過國家級、校級、院級大學生創新性實驗計劃的申報與實施，調動全體教師和同學的積極性，以適當的資助和提供學分的方式，激勵學生參加教師的科研活動，進行獨立的創新性設計，從而能快速有效地培養其創新能力。
下面以創新性實驗計劃“三維精密運動平臺運動誤差檢測與補償”為例，介紹其在測控技術與儀器專業的人才培養中的作用和具體實施。三維精密運動平臺在精密機床、微操作機器人、精密儀器儀表等領域有著廣泛的應用，而由于運動機構的制造和裝配的不完善，不可避免地會使運動平臺的實際位移偏離它的名義值，這一誤差常稱為運動誤差，比如直線度運動誤差、角度運動誤差、垂直度誤差等，勢必會對機床、機器人等執行機構的運動精度帶來影響，如果執行機構是測量系統的一部分（如跟蹤式測量），則必然會對測量結果的不確定帶來影響。本項目以精密加工、精密裝配的應用為背景，作為指導教師科研課題的一個子課題，通過對激光干涉測量技術、工業機器人運動學模型的學習與應用，將測控技術與儀器的專業課，包括傳感器技術、信號處理技術、誤差理論、測控電路、運動控制技術、精密機械設計、C語言程序設計、自動控制理論等的集光學、機械、電子、計算機各方面知識于一體，進行全面的綜合運用。精密運動平臺的控制原理結構如圖1所示，把給定位移的值分成名義值和需補償的量，把名義值傳輸到宏動平臺的控制上，通過運動控制卡轉為脈沖信號，步進電機驅動器把脈沖信號轉化成角位移，控制步進電機驅動宏動平臺；將需補償的量傳輸到微動平臺控制上，通過壓電陶瓷控制器驅動微動平臺，宏動平臺與微動平臺配合運動，實現了高精度的運動控制。
由于創新性計劃的啟動是在大二下學期開始，很多專業課程還沒有學到，為此就選拔一部分學有余力，對科研充滿濃厚興趣的同學進行培養，組織申報，采取導師負責制，從項目申報、方案制定到具體實施，都有導師嚴格把關，并接受學院督導組的定期檢查。項目組成員在申報初期對課題的準備就比較充分，理解有一定深度。針對三維精密運動平臺的各運動誤差分量，直線度運動誤差、角度運動誤差、垂直度誤差，提出了相應的檢測手段和補償措施。在實施過程中，借助先進的實驗條件，采用激光干涉儀進行誤差測量，搭建合理的光路系統，減少雜散光的影響，以及環境因素波動對激光波長的影響，測量精度可達0.01微米，精度高；通過測量得到的三維平臺的運動誤差，建立運動機構的位置與誤差關系的數學模型，在實際運動的控制過程中，將三維微動平臺與宏動平臺有機結合起來，進行在線誤差修正與補償；在誤差補償前后，對三維運動平臺的運動精度進行標定和比對，驗證誤差補償效果，完成項目的預期研究成果。在這個過程中，學生得到了全面的鍛煉，掌握了測控技術與儀器領域的先進技術和進行科學研究工作的一般方法，提高了專業知識的應用能力，培育了一定的創新能力，具備了科技資料檢索、科技論文撰寫的技巧，并發表多篇科技論文，完成高水平的創新性實驗研究報告。
4 結語
創新性實驗計劃在人才培養中占有十分重要的位置，起到引領作用。通過設立大學生創新實驗計劃，并有效地組織實施，對于提高學生進行創新性探索的積極性和主動性，培養一定的科學研究能力和創新能力，產生高水平的本科生的科學研究成果都具有重要的意義。我校近三年的學生考研率逐年遞增，就業能力顯著提升，科技競賽獲獎能力與水平不斷增強，都證明了我們的創新型人才培養模式的教學效果十分好。
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