发展基于嵌入式计算机的控制系统 |
1．嵌入式控制在微波设备控制上的实现：
大型系统我们一般采用工业PC的方式集中控制，但面对小型系统我们如采用工业PC的方法则有点大马拉小车的概念了。一方面，对于向小系统应用必须考虑成本，另一方面的要求是稳定与可靠。因而，采用嵌入式计算机是我们的首选。
对于嵌入式控制系统有两个种类：
一、基于无操作系统的嵌入式芯片的控制技术。
二、基于有操作系统的嵌入式芯片的控制技术。
第一种我们一般性的可将之认为是在微控制器的层面上，我国一般称为单片机。它一般用于对处理数据要求相对较低的场合，设计者一般采用汇编语言对其进行开发，此种控制不具有良好的人机界面。
第二种实际就是一台PC，但要比一般PC及工业计算机都来得稳定，这一稳定性促使嵌入式计算机的应用领域十分宽广。以目前的发展速度，今后的工业控制方面大有取代工业控制计算机的趋势。它所用的操作系统一般为：Linux、MS－dos、Windows CE等。WinCE是微软公司基于NT控制技术的基础上开发产生的操作系统，被广泛应用于Pocket PC 以及一些嵌入式计算机中。这里特别要一提的是Windows CE.net，它的出现使原来在PC上开发的程序员能最小缝隙的过渡到面向嵌入式系统进行开发，同时具有.net的框架。对于设备控制系统我们一般选择此系统。
这里一般单台次的工业控制基本采用Windows CE＋组态软件＋触摸屏的形式来实现。这里的组态软件与上面的组态软件本质和功能基本是一样的，所不同的是支持它运行的平台为Windows CE操作系统。目前我国的一些组态软件厂家都看到了这一巨大的市场，因而纷纷推出自己基于CE系统的组态软件，如昆仑通态的MCGS等。
当然，在针对相对简单或用户要求不高的系统的时候，也可以使用WinCE平台下的开发软件自己进行相关编程，其开发软件一般使用Microsoft的eMbedded Visual basic 和 eMbedded Visual C++等。其具体控制方式可参见“自动控制技术在微波工业设备中的应用”内的相关介绍。
2．在工业控制领域经常应用的若干控制算法
在使用嵌入式计算机进行工业自动化控制过程中，有一些相关的算法是较为常用的，作为工程开发设计人员必须通晓相关的控制算法，这样有助于实现可靠使用的控制。
1． 常规PID控制算法
PID算法是工业控制中最常用的一种数学算法，它的基本公式如下：
直接计算公式：
Pout(t)=KP*e(t)+Ki*∑e(t)+Kd*(e(t)-e(t-1));
上一次的计算：
Pout(t-1)=Kp*e(t-1)+Ki*∑e(t)＋Kd*(e(t-1)-e(t-2));
两式相减得到增量法计算公式：
Pdlt=Kp*(e(t)+Ki*∑e(t)+Kd*(e(t)-2*e(t-1)+e(t-2));
其中三个基本参数Kp、Ki、Kd在实际控制中的作用：
Kp－比例调节作用：是按比例反映系统的偏差，系统一旦出现偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少误差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。
Ki－积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器
Kd－微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适的情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反映的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。
该PID算法应用范围十分广泛，最常见的是用于对温度控制要求较高的环境。
2． 预测控制算法
预测控制就是利用内部模型（开环和闭环预测模型）预估过程的未来输出（被控变量）与设定值之间的误差，基于该误差采用“滚动式”优化策略计算当前的控制输入。基本原理见下图。
3. 其他各种控制算法
计算机技术的发展使得将一些先进的控制算法应用于工业控制中成为了可能，如推理控制算法、优化控制算法、分解－协调算法、以及模糊控制算法等等。
结束语
微波设备作为提供给生产用户使用的平台，首先必将随用户不断提高的要求而更新。同时作为生产设计微波设备的企业更应该把握先进控制技术的脉搏，不断将先进的技术应用到设备中去。大致我们认为：
1.微波设备的标准化接口
随着生产力的发展，用户对微波的不断认识，因而微波设备往往会作为生产流水线中的一部分，用户仅使用微波的某一特性以达到自己工艺的要求。因此要求微波设备能很好的与流水的前后道工序友好的衔接。这一要求包括了设备的三维尺寸、功率配置以及控制系统。
同时将微波设备的底层元件的标准化与模块化也是企业发展的需要。
2.未来基于浏览器技术的监控软件和基于无线系统的控制
目前，我们一般使用的控制软件是基于硬件平台的，随着网络的飞速发展和.net框架的普及，微波设备在控制上也力求利用internet网络，使用户能通过网络实现对设备的监控，对生产质量的控制等。
值得注意的是当今无线技术的发展的速度，一些可以应用的方案如：引入GPRS网络对设备进行相关检测与控制；引入IEEE802.11b的无线连接模块使设备与控制台无连接线。
最后，祝愿工业微波控制技术更上一层楼！
参考文献：
《多级分布式控制与集散系统》 吴锡祺 何镇湖
MCGS组态软件帮助手册 昆仑通泰
微软的MSDN 微软公司
《操作系统教程原理与实例分析》 孟静
中国工控网
www.xiao-qi.com关于PID 晓奇
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
