纵观毕业设计题目要求,电阻炉温度控制是采集模拟量——温度,然后进行控制。控制的方法很多:
(1)以模拟电路硬接线方式建立的控制系统。
(2)以微处理器为核心的控制系统。
(3)用可编程DSP控制器为核心构成的控制系统。
1.模拟控制系统
模拟控制系统一般采用运算放大器等分立元件以硬接线方式构成,但这种系统很难应用于一些功能要求比较高的场合。
2.以微处理器为核心的控制系统
这里的微处理器实际上是指以MCS——51、MCS——96等为代表的8位或16位单片机。以微处理器为控制器,所构成的控制系统有如下优点:
(1)使电路更简单。模拟电路为了实现逻辑控制需要许多分立电子元件,从而使电路变得复杂。采用微处理器后,绝大多数控制逻辑可采用软件实现。
(2)可以实现较复杂的控制算法。微处理器具有更强的逻辑功能,运算速度快、精度高、具有较大容量的存储器(128KB RAM,8051有4KB ROM,8751有4KB EPROM,8031无ROM或EPROM。使用时往往外括ROM),因此有能力实现较复杂的控制算法。
(3)灵活性和适应性强。微处理器的控制方式主要由软件来实现,若需要修改,一般不必修改控制系统的硬件电路,只对软件修改即可。
(4)无零点漂移,控制精度高。
(5)可提供人机界面,实现多机联网工作。
在一些性能要求不是很高的场合,现在普遍采用单片机作为控制器。然而,由于微处理器一般采用冯——诺依曼总线结构,处理器的速度有限,处理能力也有限;另外单片机系统比较复杂,软件编程的难度较大。同时,一般单片机的集成度较低,片上不具备控制系统所需要的专用外设,如PWM产生电路等。因此,基于微处理器构成的系统仍然需要较多的元器件,这增加了系统电路板的复杂性,降低了系统的可靠性,也难以实现先进控制算法,如预测控制、模糊控制等。
由于技术的发展,新的单片机无论从制造工艺上,还是性能、功能上都有了极大的改进。新单片机(如C8051Fxxx系列、AVR系列等)的工作频率一般在20MHZ以上,采用流水线技术,片内集成大量存储单元和功能外设,有的单片机内部甚至集成了DSP核,这些措施都使单片机的性能得到了很大提高,可以较好地满足高性能控制系统的需要。然而。与同样性能的DSP控制器相比,这些微处理器的价格往往比较昂贵。
3.以可编程DSP控制器为核心构成的控制系统。
为满足世界范围内控制系统的需要,TI公司推出了TMS320x24x系列DSP控制器。
x24x系列DSP控制器将一个高性能的DSP核,大容量的片上存储器(片内的数据和程序存储器可达上百千字)和专用的运动控制外设电路(PWM产生电路、可编程死区、SSVPWM产生电路、捕获单元等)以及其他功能的外设电路(16通道A/D转换单元、串行通信接口、CAN控制器模块等)集成在单芯片上,保持了传统微处理器可编程、集成度高、灵活性/适应性好、升级方便等优点;同时,其内部的DSP核可提供更高的运算速度、运算精度和处理大量数据运算的能力。
x24x系列DSP控制器采用改进的哈佛结构,分别用独立的总线来访问程序和数据存储空间,配合片内的硬件乘法器,指令的流水线操作和优化的指令集。DSP控制器的控制算法如Kalman滤波、模糊控制、神经元控制等。
基于DSP控制器构成的控制系统实际上是一个单片系统,因为整个控制所需的各种功能都可由DSP控制器来实现。因此,可大幅度缩小目标系统的体积,减小外部元器件的个数,增加系统的可靠性。另外,由于各种功能都通过软件编程来实现,因此,目标系统升级容易,扩展性、维护性都很好。同时,DSP控制器的高性能使最终系统既可满足要求比较低的系统,更可以满足对系统性能和精度要求较高的场合的需要。
通过上面各种方法的比较,我们选择可编程DSP控制器为主控制器来组成控制系统。