專利名稱：數(shù)模結(jié)合的高精度控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)控制技術(shù)，具體來(lái)說(shuō)是一種利用數(shù)字控制與模擬控制相結(jié)合的自動(dòng)控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，隨著數(shù)字電路的發(fā)展和進(jìn)步，自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)從模擬控制系統(tǒng)發(fā)展到數(shù)字控制系統(tǒng)。數(shù)字控制系統(tǒng)是以數(shù)字控制器為控制核心，通過(guò)編寫的控制程序完成特定的控制算法對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控制對(duì)象的有效控制和調(diào)節(jié)。數(shù)字控制器與模擬控制系統(tǒng)的模擬調(diào)節(jié)器相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、由于計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快，可以用一臺(tái)數(shù)字控制器控制多個(gè)回路，實(shí)現(xiàn)一級(jí)多用。2、通過(guò)程序控制，控制算法靈活，便于在線修改控制方案。3、利用程序比硬件算法電路可靠性高。4、數(shù)字信號(hào)受環(huán)境和人為因素影響小。5、便于與計(jì)算機(jī)等其他設(shè)備通信連接，實(shí)現(xiàn)控制、管理與通信相結(jié)合。對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)由于控制點(diǎn)和控制回路多，為便于統(tǒng)一監(jiān)控和管理，通常將計(jì)算通過(guò)通信接口整合入自動(dòng)控制系統(tǒng)，例如DCS控制系統(tǒng)(Distributed Control System, 分散控制系統(tǒng))，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和多媒體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，可提供窗口友好的人機(jī)界面和強(qiáng)大的通訊功能。溫度控制系統(tǒng)是常見(jiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)?；跀?shù)字控制技術(shù)的上述優(yōu)勢(shì)，以及為便于管理和監(jiān)控的需要，目前暖通自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)基本都是采用數(shù)字控制器的自動(dòng)控制系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)暖通自動(dòng)控制行業(yè)應(yīng)用較多的DDC數(shù)字控制器，主要以西門子、霍尼威爾、江森進(jìn)口或合資產(chǎn)品為主，具有工作可靠、使用方便的特點(diǎn)，但價(jià)格不菲。這些產(chǎn)品在控制一般舒適性環(huán)境溫度及對(duì)控制溫度精度要求不高(士0.3°C以下)的系統(tǒng)中，能夠比較好地達(dá)到控制目的，滿足用戶要求。然而，在一些特殊場(chǎng)所，如用于計(jì)量的檢定室、科研檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室、精密制造車間等對(duì)溫度控制要求高，如達(dá)到士0. 1°C精度等級(jí)要求的環(huán)境中，數(shù)字控制器則出現(xiàn)滿足不了控制精度要求的情況，往往需要增加設(shè)備，編制復(fù)雜的控制軟件(如采用數(shù)值逼近法)來(lái)提高控制精度，一方面費(fèi)時(shí)費(fèi)工成本上升，另一方面，這些近年來(lái)出現(xiàn)的 DDC控制軟件在高精度控制中應(yīng)用案例少，經(jīng)驗(yàn)積累不多，實(shí)際控制效果仍不理想，如江森產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用中，精度沒(méi)有超過(guò)士0.3°C以上，在接近士0.2°C時(shí)，還出現(xiàn)控制回路振蕩不穩(wěn)定的情況，無(wú)法滿足高精度控制要求。數(shù)字控制器是基于微處理機(jī)的數(shù)字控制方式，是一種采樣(離散)控制系統(tǒng)，控制算式為u(k)= e (k) j^eii)[e (k) -e (k"l)]
T1 ,=0 θ式中，u(k)_調(diào)節(jié)器輸出θ-采樣周期
k_采樣時(shí)刻kp-調(diào)節(jié)器的放大系數(shù) ΚΡΘ積分系數(shù)微分系數(shù)
U由上式可知，數(shù)字控制方式是一種采樣(離散)控制系統(tǒng)，是根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值來(lái)計(jì)算控制量，采樣點(diǎn)間的信息會(huì)有所丟失，信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入運(yùn)算環(huán)節(jié)后，復(fù)雜的積分、微分運(yùn)算要轉(zhuǎn)變?yōu)榧?、減、乘、除來(lái)計(jì)算，連接的時(shí)間函數(shù)轉(zhuǎn)化為斷續(xù)的時(shí)間函數(shù)，因此必然會(huì)產(chǎn)生誤差，不能滿足高精度要求。單純采用模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，又存在要增加數(shù)量較多的調(diào)節(jié)器才能進(jìn)行擴(kuò)展的問(wèn)題，并且要整合入現(xiàn)有的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，就需要增加或選用帶數(shù)字通信接口的調(diào)節(jié)器，無(wú)疑也增加了設(shè)備成本。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明在于提供一種高精度控制系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)字與模擬控制相結(jié)合的方式，以解決單純采用數(shù)字控制器無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度控制問(wèn)題。本發(fā)明提供的數(shù)模結(jié)合的高精度控制系統(tǒng)，包括檢測(cè)儀表、數(shù)字控制器、執(zhí)行器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)與所述數(shù)字控制器通信連接，其特征在于還包括模擬調(diào)節(jié)器，所述模擬調(diào)節(jié)器的輸入端與所述數(shù)字控制器的輸入端串聯(lián)連接至所述檢測(cè)儀表的輸出端，所述模擬調(diào)節(jié)器的輸出端連接所述執(zhí)行器。為實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同控制精度要求對(duì)同一被控溫度既可進(jìn)行數(shù)字控制又可進(jìn)行模擬控制，所述數(shù)字控制器的輸出通過(guò)數(shù)?？刂妻D(zhuǎn)換器連接所述執(zhí)行器，所述模擬調(diào)節(jié)器也通過(guò)所述數(shù)?？刂妻D(zhuǎn)換器連接所述執(zhí)行器，數(shù)?？刂妻D(zhuǎn)換器用于實(shí)現(xiàn)所述執(zhí)行器與所述數(shù)字控制器和所述模擬調(diào)節(jié)器之間輸出連接的切換，所述數(shù)?？刂妻D(zhuǎn)換器連接所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)以執(zhí)行監(jiān)控計(jì)算機(jī)的切換指令。所述數(shù)字控制器還連接其他檢測(cè)儀表和通過(guò)連接其他執(zhí)行器以實(shí)現(xiàn)多個(gè)被控對(duì)象或被控制量的控制調(diào)節(jié)。所述檢測(cè)儀表為采用高精度熱電阻的溫度變送器構(gòu)成的溫度檢測(cè)儀表，所述執(zhí)行器為電加熱器的調(diào)功器，以用于暖通系統(tǒng)。所述高精度是指熱電阻的精度要高于被控溫度的控制精度要求。本發(fā)明采用數(shù)字控制器和模擬調(diào)節(jié)器輸入端串聯(lián)連接在所述檢測(cè)儀表的輸出端， 檢測(cè)儀表輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)能夠同時(shí)被數(shù)字控制器和模擬調(diào)節(jié)器采集，使得與數(shù)字控制器通信連接的監(jiān)控計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，而采用模擬調(diào)節(jié)器對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行控制，構(gòu)成帶負(fù)反饋的模擬控制回路，是一種連續(xù)采樣的控制系統(tǒng)，所有信號(hào)是時(shí)間變量的連續(xù)函數(shù)，能夠通過(guò)比例、積分、微分的作用，在設(shè)定的控制點(diǎn)上連續(xù)不斷地對(duì)出現(xiàn)的偏差輸出控制信號(hào)進(jìn)行修正，其控制算法及PID參數(shù)整定有幾十年的經(jīng)驗(yàn)積累，成熟可靠，能夠順利實(shí)現(xiàn)高精度控制。該系統(tǒng)既具有模擬控制的優(yōu)點(diǎn)又具有數(shù)字控制的優(yōu)點(diǎn)。利用本發(fā)明的技術(shù)，將模擬調(diào)節(jié)器整合接入到由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、數(shù)字控制器構(gòu)成的系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)基本不改變?cè)袛?shù)字控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，不用在系統(tǒng)中增加復(fù)雜硬件和軟件，應(yīng)用方便靈活。利用模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行高精度控制，不但保證了調(diào)節(jié)精度，而且價(jià)格低廉。


圖1為本發(fā)明的一種數(shù)模結(jié)合的高精度控制系統(tǒng)原理圖；圖2為一種溫度控制系統(tǒng)的原理圖。
具體實(shí)施例方式為清楚說(shuō)明本發(fā)明中的方案，下面給出優(yōu)選的實(shí)施例并結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，是一種數(shù)模結(jié)合的高精度控制系統(tǒng)的原理圖，高精度控制系統(tǒng)包括檢測(cè)儀表1-n、數(shù)字控制器、執(zhí)行器1-n和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)與所述數(shù)字控制器通信連接，還包括模擬調(diào)節(jié)器1-n，模擬調(diào)節(jié)器1的輸入端與所述數(shù)字控制器的輸入端串聯(lián)連接所述檢測(cè)儀表1的輸出端，所述模擬調(diào)節(jié)器的輸出端連接所述執(zhí)行器1。對(duì)于調(diào)節(jié)精度要求不高的被控量，可以由檢測(cè)儀表1-n和數(shù)字控制器以及對(duì)應(yīng)的執(zhí)行器1-n構(gòu)成的數(shù)字調(diào)節(jié)回路進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。因此，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制回路和模擬控制回路的切換，需要采用數(shù)模控制轉(zhuǎn)換器，如圖所示，此時(shí)數(shù)字控制器的輸出通過(guò)數(shù)?？刂妻D(zhuǎn)換器連接所述執(zhí)行器，所述模擬調(diào)節(jié)器也通過(guò)所述數(shù)模控制轉(zhuǎn)換器連接所述執(zhí)行器，數(shù)?？刂妻D(zhuǎn)換器用于實(shí)現(xiàn)所述執(zhí)行器與所述數(shù)字控制器和所述模擬調(diào)節(jié)器之間輸出連接的切換，所述數(shù)?？刂妻D(zhuǎn)換器連接所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)以執(zhí)行監(jiān)控計(jì)算機(jī)的切換指令。對(duì)于控制精度要求高的被調(diào)參數(shù)，則由檢測(cè)儀表、數(shù)字控制器、模擬調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器構(gòu)成的模擬調(diào)節(jié)回路進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)然，如果該被控對(duì)象在某此情況下對(duì)調(diào)節(jié)精度要求不高，則可以由數(shù)字控制器對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行控制，此時(shí)需要利用數(shù)?？刂妻D(zhuǎn)換器使模擬控制回路斷開(kāi)，而將數(shù)字控制器與執(zhí)行器連接。數(shù)?？刂妻D(zhuǎn)換器可以由監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。監(jiān)控計(jì)算機(jī)還可以通過(guò)數(shù)字控制器對(duì)控制系統(tǒng)的各參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理。根據(jù)不同的被控對(duì)象和不同的調(diào)節(jié)參數(shù)，上述檢測(cè)儀表1-n分別選用不同的檢測(cè)儀表，相應(yīng)的執(zhí)行器可以根據(jù)被調(diào)對(duì)象和被控量進(jìn)行選擇，構(gòu)成例如溫度控制回路、壓力控制回路、流量控制回路等不同控制系統(tǒng)。圖2以用于暖通的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例，進(jìn)行具體說(shuō)明。該系統(tǒng)涉及某量具廠中央空調(diào)系統(tǒng)，利用中央空調(diào)系統(tǒng)控制精測(cè)室、標(biāo)準(zhǔn)室和基準(zhǔn)室的溫度，其中精測(cè)室和標(biāo)準(zhǔn)室溫度標(biāo)準(zhǔn)為20士0. 5°C，基準(zhǔn)室標(biāo)準(zhǔn)為20士0. 1°C。該溫度控制系統(tǒng)由制冷機(jī)組和電加熱器聯(lián)合工作以控制溫度。因此，精測(cè)室和標(biāo)準(zhǔn)室采用數(shù)字控制器進(jìn)行控制，能夠滿足精度要求，即精測(cè)室控制系統(tǒng)是由精測(cè)室溫度傳感器和數(shù)字控制器以及精測(cè)室調(diào)功器、電加熱器構(gòu)成；標(biāo)準(zhǔn)室控制系統(tǒng)是由標(biāo)準(zhǔn)室溫度傳感器和數(shù)字控制器以及標(biāo)準(zhǔn)室調(diào)功器、電加熱器構(gòu)成；數(shù)字控制器采用江森DX-9100，該系統(tǒng)溫度變化實(shí)測(cè)值為20士0. 3°C。當(dāng)基準(zhǔn)室采用數(shù)字控制器盡管在軟件上采用取數(shù)值逼近法進(jìn)行修正，但在控制精度接近士0. 2°C時(shí)出現(xiàn)控制回路振蕩，因此整合入模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行高精度控制。在圖2的方案中，整合入智能模擬調(diào)節(jié)器，將模擬調(diào)節(jié)器的輸入端與數(shù)字控制器的輸入端串聯(lián)連接在基準(zhǔn)室溫度傳感器對(duì)應(yīng)的變送器的輸出端，利用模擬調(diào)節(jié)器控制基準(zhǔn)室調(diào)功器以調(diào)節(jié)電加熱器的功率，而數(shù)字控制器則將基準(zhǔn)室溫度傳感器對(duì)應(yīng)的變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)提供給監(jiān)控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)溫度統(tǒng)一監(jiān)測(cè)和管理，模擬調(diào)節(jié)器采用了 XMTD-2000，基準(zhǔn)室溫度實(shí)際測(cè)量值為20士0. 08°C，滿足了士0. 1°C的高精度測(cè)量要求，一塊國(guó)產(chǎn)模擬調(diào)節(jié)器XMTD-2000的價(jià)格僅在千元左右。監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)?？刂妻D(zhuǎn)換器來(lái)控制基準(zhǔn)室是用數(shù)字控制器進(jìn)行溫度控制，還是用模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制。
對(duì)于本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中所闡述的方法和裝置，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)， 所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)模結(jié)合的高精度控制系統(tǒng)，包括檢測(cè)儀表、數(shù)字控制器、執(zhí)行器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)與所述數(shù)字控制器通信連接，其特征在于還包括模擬調(diào)節(jié)器，所述模擬調(diào)節(jié)器的輸入端與所述數(shù)字控制器的輸入端串聯(lián)連接所述檢測(cè)儀表的輸出端，所述模擬調(diào)節(jié)器的輸出端連接所述執(zhí)行器。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)模結(jié)合的高精度控制系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字控制器的輸出通過(guò)數(shù)模控制轉(zhuǎn)換器連接所述執(zhí)行器，所述模擬調(diào)節(jié)器也通過(guò)所述數(shù)模控制轉(zhuǎn)換器連接所述執(zhí)行器，數(shù)?？刂妻D(zhuǎn)換器用于實(shí)現(xiàn)所述執(zhí)行器與所述數(shù)字控制器和所述模擬調(diào)節(jié)器之間輸出連接的切換，所述數(shù)?？刂妻D(zhuǎn)換器連接所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)以執(zhí)行監(jiān)控計(jì)算機(jī)的切換指令。
3.如權(quán)利要求1或2所述的數(shù)模結(jié)合的高精度控制系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)字控制器還連接其他檢測(cè)儀表和執(zhí)行器。
4.如權(quán)利要求1或2所述的數(shù)模結(jié)合的高精度控制系統(tǒng)，其特征在于所述檢測(cè)儀表為采用高精度熱電阻的溫度變送器構(gòu)成的溫度檢測(cè)儀表，所述執(zhí)行器為電加熱器的調(diào)功器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高精度控制系統(tǒng)，包括檢測(cè)儀表、數(shù)字控制器、執(zhí)行器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)與所述數(shù)字控制器通信連接，其特征在于還包括模擬調(diào)節(jié)器，所述模擬調(diào)節(jié)器的輸入端與所述數(shù)字控制器的輸入端串聯(lián)連接至所述檢測(cè)儀表的輸出端，所述模擬調(diào)節(jié)器的輸出端連接所述執(zhí)行器。這種高精度控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)比數(shù)字控制系統(tǒng)更高精度控制，同時(shí)又便于實(shí)現(xiàn)通信和管理。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102541023SQ20121001697
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者吳英武, 李有志, 王大衛(wèi), 肖玉明, 郭慶元 申請(qǐng)人:重慶工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司