基于CAN总线的智能仪表的研究1.pdf

东华大学

硕士学位论文

基于CAN总线的智能仪表的研究

姓名：吴金国

申请学位级别：硕士

专业：电力电子与电力传动

指导教师：王坚

20070301
基于CAN总线的智能仪表的研究摘要在工业生产中，温度、流量、转速都是常用的主要被控参数。由于控制机理不同，相应的控制仪表也相差很大。近年来，随着电子技术的发展，数字控制器逐渐取代模拟控制器，将单片机应用到工业仪表中的现象越来越普遍，通过对单片机编程，可轻松实现各种复杂控制算法，并达到良好的效果。传统的控制算法往往采用PID控制，PID控制以其控制结构简单，参数容易调整而得到广泛应用，但对于大滞后、非线性被控对象，其动态响应往往得不到满足。近年来，各种智能算法层出不穷，将这些智能算法加入到控制器中可实现对对象的良好控制。传统仪表往往独立使用，检测控制没有形成系统，随着现场总线技术的发展，将工业仪表网络化、节点智能化是一种趋势。针对上述状况，本课题提出的基于CAN总线的智能仪表，通过由单片机构成的控制器，结合不同的外围硬件电路，采用智能控制算法，分别实现对温度、流量、转速的智能控制，并对各种智能算法的效果进行了仿真与比较，通过现场总线CAN，将仪表连接起来，结合上位机，形成仪表网络，可在控制室中观察到现场仪表状况。本文在分析现有总线的协议、稳定性以及通用性等方面的基础上，提出了基于CAN总线的控制系统。该系统采用上位机和基于CAN幕十CAN总线的智能仪表的研究
总线的智能仪表来构建。采用CAN总线网络通信模块SJAl000实现监控主站与底层智能仪表的连接，而仪表作为从站放置在现场。基于CAN总线的控制仪表采用89C51单片机及SJAl000网络专用协议芯片设计，实现了数据采集、显示、键盘输入以及越限报警等功能，并且设计了CAN总线接口，能方便的将仪表接入现场总线网络。对于不同的控制对象，在详细分析其控制特性后，设计出有不同传感器、执行机构组成的硬件模块，与单片机相结合，组成不同的控制方案，可以很好地实现对温度、流速、转速的控制。控制算法方面，在研究PID控制方法的基础上，研究了PID参数的自整定，在结合二维模糊控制器和自适应PID控制器两者的优点基础上，提出模糊自适应PID控制的方法对控制算法进行了改进；对PID控制器、模糊自适应PID控制器分别进行了研究，并对控制模型进行了仿真分析。文中给出了该控制系统的可行性分析、整体控制方案、软硬件设计，其中包括了部分电路图和各个模块的软件设计流程图。软件部分的程序清单详见程序文本。最后还对本控制系统的实时在线仿真进行说明，仿真的结果证明了对温度、流速、转速达到精确控制的可行性。关键词：现场总线，CAN，模糊控制，PID参数自整定，Fuzzy．PlD，智能仪表基于CAN总线的智能仪表的研究
Meteradjustedobjects，itsobjects．TheResearchControICANABSTRACTTheofInteIlectuaIBasedarguments．deVelopmentmicroprocessorequipmentsbecomingmoreprogrammingarithmetic，simplea曙uments，intellectintoprobingdevelopmentDuringtheindustryproduction，temperaturenowandspeedusuallymostimportantcontrolledBecausetheircontrolprinciplesdif．ferent，thecorrespondingmetersalsohavebigdifference．Nowadays，aselectronics，thedig“alcontrollersgraduallyreplaceanalogcontrollers，usingsinglechipinuniVersal，bymicroprocessor，weeasilyachieVesomedifficultcontr01resultsexcellent．ThetraditionalarithmeticPIDcontrols，itwaswidelyusedbecauseitsbutforlatenonlineardynamicrespondsbesatisfied．0nthesedays，lotsl(indfoundout，usinggetgoodbysingle，thecontrollingdidbecomesystem，asfieldbus，itistrendputintellectual．皋fCAN总线的智能仪表的研究onrotatetostructurenotnetarecanause、一l】l一
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