智能控制器范文
时间：2023-03-17 21:54:16
导语：如何才能写好一篇智能控制器，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词： 太阳能热水器； 模糊控制算法； 输出功率； DS18B20
中图分类号： TN95?34； TP29 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）05?0124?03
0 引 言
由于太阳能强弱随天气和季节变化，因而太阳能热水器需要辅助加热装置才能保证一年四季或全天候使用到热水。目前大多数产品的电辅助加热方式采用开关式或PID控制，但由于太阳能本身是一个时变的复杂非线性变量，太阳能热水器的集热和辅助加热过程无法精确地用数学模型描述，采用传统控制方式有时难以达到满意的效果。近年来发展起来的模糊控制是一种智能的非线性控制方法，在家用电器和其他嵌入式控制系统中取得了很好的控制效果。本文结合太阳能热水器的具体应用，设计了基于单片机的模糊智能控制器。
1 主要硬件设计
本系统以单片机STC89C52RC为控制器，采用DS18B20数字温度传感器测量水温，以DS12C887为系统提供高精度时钟，通过模糊控制算法得到控制量，通过PWM波控制过零继电器方法来控制加热棒的功率，从而控制水温。
1.1 单片机最小系统设计
实验系统采用8051内核的STC89C52RC单片机作为智能控制器。由于系统运算量不大，没有太多的中间数据需要处理、保存，因此不必外扩数据存储器，仅使用STC89C52RC内部RAM和E2PROM完全能够满足要求。STC89C52RC最小系统电路如图1所示。
1.2 温度控制执行器设计
该系统的水温控制执行部分是一个过零固态继电器和加热棒，继电器输入控制端为DC 3～32 V，输出端为AC 5 A/380 V/50～60 Hz，加热棒功率为500～1 000 W。通过控制单片机产生PWM波的占空比控制交流过零继电器的通断频率，从而实现对加热棒的功率控制。
1.3 温度测量部分设计
采用数字温度传感器DS18B20，其抗干扰能力强，并且不必要温度标定，使用单片机分时复用原理与传感器的单总线接口方式即可实现数据通信。DS18B20的硬件电路如图2所示。
1.4 时钟电路设计
为实现热水器24 h供应热水的目的，控制器必须有一个实时时钟来为系统提供准确的基准时间。本系统中采用DS12C887时钟芯片，该芯片采用CMOS技术，把时钟芯片所需的晶振和电池以及相关的电路集成到芯片内部，具有微功耗、接口简单、精度高，工作稳定可靠等优点。电路图如图3所示。
2 模糊控制器设计
2.1 模糊控制原理
模糊控制系统结构如图4所示。模糊控制器的输入、输出量都是精确的数值，而模糊控制器采用模糊语言变量和模糊逻辑推理，因此必须将输入变量变换成模糊语言变量，这个过程称为精确量的模糊化；然后进行模糊推理，形成控制策略；最后将控制策略转换为一个精确的控制变量值，即去模糊化，并对输出控制变量进行控制。
2.2 模糊控制器实现
本系统采用二维模糊控制器，以温度误差和误差的变化率作为模糊控制器的输入信号，模糊控制器输出控制量[U，]单片机再根据[U]值确定输出PWM波的占空比；时间设置值也作为控制器的输入信号，用于对占空比进行时间上的优化。
将模糊控制器的输入、输出变量的实际变化范围称为这些变量的基本论域。本系统中的误差[e、]误差的变化率[ec、]控制量[u]的基本论域分别为：[-2，+2]，[-0.2，+0.2]和[0，100%]。
3 结 语
经实验测试，本文所设计的控制算法和硬件电路能够满足设计要求，所构建的系统具有稳态误差小、过渡时间短、成本低、智能化程度高等特点，可作为太阳能热水器生产厂商的产品设计参考。本系统温度静态误差：[T≤]0.1 ℃；温度超调量：[T≤]0.3 ℃。
参考文献
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[7] 龚爱平.基于模糊控制的电子水煲的研究与实现[D].广州：广东工业大学，2009.
篇2
Abstract： With the continuous development of artificial intelligence technology， the expert system， fuzzy theory， artificial neural network and many other latest intelligent control achievements start to enter the field of motor control， and they provide a brand-new way for the further improvement of the brushless direct current motor controlling. This paper combines the research status of the controlling system of both domestic and foreign brushless direct current motor， explores optimization， which is the most cutting-edge modern computer applications， the intelligent control and traditional PID controller in combination. It is difficult for traditional PID controller to achieve satisfactory results when aiming at the controlled objects or processes with complicated nonlinear features. The research makes use of the optimization algorithm to optimize intelligent PID control， such as fuzzy-PID， BP-PID， adaptive-PID control， expert-PID and PID controller based on genetic algorithm setting）， to perfect the application of the intelligent control method in BLDCM controlling system.
关键词： BLDCM；最优化；智能控制
Key words： BLDCM；optimization；intelligent control
中图分类号：F276.44 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）12-0036-02
0 引言
无刷直流电机（BLDCM）控制系统是集电机技术、电力电子技术、控制理论和计算机技术等现代科学技术于一身的机电一体化系统。在传统直流电机优越的调速性能保持上，无刷直流电机在一定程度上克服了由机械换向和电刷引起的一系列问题，在现代社会的各个领域均有较好的应用[1]。随着新型稀土永磁材料的进一步开发与利用，出现新一轮的无刷直流电机的研究热潮，随着研究热潮的不断深入，无刷直流电机的使用范围不断扩大、应用前景将更加广阔。在工业控制系统方面，为了更好地解决无刷直流电机中存在的若干问题，无刷直流电机的研究工作主要体现在以下几方面：
1 转矩脉动
当前，无刷直流电机存在转速低、精度高、调速范围大等一系列复杂问题，转矩脉动直接影响着无刷直流电机速度控制性能。因此，无刷直流电机的转矩脉动成为当前情况下亟待解决的问题。对于无刷直流电机的脉动性能在一些视听设备等比较精密的仪器设备中要求比较高，因此在提高无刷直流电机性能方面抑制或消除转矩波动至关重要。目前针对无刷直流电机转矩脉动产生的原因分析，研究人员正在努力寻找抑制或消除转矩脉动的各种方法和途径。
分析无刷直流电机转矩脉动产生的主要原因有：①由齿槽效应和涡流效应引起的转矩波动，同其他电机一样，无刷直流电机也同样不能完全将齿槽效应和涡流效应避免。②无刷直流电机通常使用电子换相控制，电机绕组电感使电机相电流不可能为理想的方形电流。这就给系统带来换相转矩脉动。③由转矩谐波引起的脉动。
为了提高无刷直流电机的性能，对无刷直流电机转矩脉动研究不断深入，针对转矩脉动产生的不同原因，提出了抑制或削弱转矩脉动的不同观点和建议，这些解决措施因为研究条件的局限性只是在原有结构上或者控制方案上进行了一些修补和强化，没有从根本上解决转矩脉动问题，因此对无刷直流电机转矩脉动的研究还有待于进一步深入。
根据定子电流谐波的最优权重的设计方法，美国的J.Y.Hung博士等人通过利用电流调节器等装置，有效降低了由电磁转矩及齿槽引起的转矩脉动。此外，还有英国的Y.S.Cen、Z.O.Zhu和David.Hower博士试制成功的无齿槽的无刷直流电机，其主要作用也是通过减少转矩脉动，提高电机效率[2]。
2 无位置传感器
在电机控制中如果无位置传感器，如果想获得电机转子的位置。在实际工作过程中必须对与电机转子位置进行检测和计算，研究人员提出采用智能控制理论，顺利实现了对电机转子进行的检测和计算。这种控制方法通过智能方式来建立被测电压、电流和转子位置的相互关系。人工智能控制不要求控制电机有精确的数学模型，解决了电机运行过程中的非线性和参数的不确定性，而且实现对无刷直流电机控制的精度高、运行稳。对无位置传感器台湾的HG Chen、C.M.Lian博士通过智能换向调节装置实现了有效控制，其主要原理是：检测电机端电压，通过开关信号发生器对换向位置进行粗略估计，然后给出最佳转矩产生特性通过智能自调系统对换向瞬间进行微调[3]。但是，由于人工智能控制应用于无刷直流电机控制系统中的研究尚在起步阶段，大部分研究只进行到仿真阶段。
3 速度调节
BLDCM本身具有平稳的调速性能，同时还克服了有刷直流电机机械换向带来的一系列缺点，在各个领域已经得到广泛应用[4]。针对BLDCM本身具有时变性、非线性、强耦合等特征，无刷直流电机调速控制成为一个重要的研究方向。
在自动控制领域，最常用的并且行之有效的控制方法就是PID控制，但是随着工作环境改变，控制对象变得的越来越复杂，从而对控制技术要求变得越来越高。在实际工作过程中对电机控制的精度和性能的要求不断提高，同时由于无刷直流电机控制系统本身具有的复杂非线性的特性，采用常规PID控制策略对无刷直流电机进行控制难以达到满意的效果。近年来通过对无刷直流电机的转速调节研究中，现代的自适应控制、模糊控制、神经网络控制等控制方法也应用于在这一领域，这些方法经过研究人员研究实验得出结论现代控制理论中的智能控制比较适合电机控制，可以很好的提高系统的性能。本项目正是出这一角度出发，结合国内外无刷直流电机控制系统的研究现状，将现代计算机应用中最前沿的最优化与智能控制与传统的PID控制器结合在一起解决实际问题。
模糊PID控制策略就是将模糊控制引入传统的PID控制器，组合成Fuzzy一PID复合控制器，并通过模糊控制规则寻找符合智能控制器控制方法，再利用最优化算法对复合模糊PID控制器控制参数进行优化，实现对无刷直流电机的速度控制，并且使无刷直流电机控制参数达到指定要求。
专家-PID复合控制器（ExpertControl），同样也是将专家控制原理（即基于受控对象和控制规律的各种知识，并以智能的方式）与传统PID控制结合在一起，利用专家经验来设计PID参数便构成了专家PID控制。同样利用专家经验控制传统PID控制器参数事项对无刷直流电机的的速度控制，使各项控制参数达到指定要求。
遗传-PID复合控制器（GeneticAlgorithms），是通过遗传算法把“优胜劣汰，适者生存”的生物进化原理，引入待优化参数进而形成的编码串群体中，按照一定的适配值函数和一系列遗传操作对各个个体进行选择，从而使适配值高的个体被保存下来，组成新的群体。新的群体中包含了上一代的大量信息，并且引入了新的、优于上一代的个体。通过周而复始的不断循环，不断提高群体中各个个体的适应度，直至最后满足一定的极限条件。这样就达到了优化遗传的目的）与传统的PID控制器结合起来。通过遗传算法来找到适合无刷直流电机控制系统要求的PID控制器参数，实现对无刷直流带等级速度的控制，使系统的控制参数达到制定要求[5]。
复合智能PID控制器。复合智能控制器是将多种智能控制发发结合起来，取长补短，解决现代工业生产过程中单一的一种控制理论无法解决的控制难题。
模糊神经网络控制器，是将神经网络和模糊控制两种控制方法结合在一起，针对模糊控制系统中模糊规则不好指定的弊端，神经网络具有很强的非线性拟合能力，可映射任意复杂的非线性关系，而且学习规则简单，便于计算机实现。具有很强的鲁棒性、记忆能力、非线性映射能力以及强大的自学习能力，利用神经网络更好的摸索和制定模糊神经网络控制器对工业系统的控制。
遗传神经网络控制器，同样的道理遗传算法以生物进化为原型，具有很好的收敛性，在计算精度要求时，计算时间少，鲁棒性高等都是它的优点。在现在的工作中，遗传算法（1972年提出）已经不能很好的解决大规模计算量问题，它很容易陷入“早熟”。常用混合遗传算法，合作型协同进化算法等来替代，即本项目中提到的遗传神经网络控制器。
相对于复合智能控制器而言，通过把复合智能控制与传统的PID控制器进行结合组成模糊神经网络PID控制器和遗传神经网络PID控制器，通过智能控制器更好地解决PID控制器控制参数问题，快速有效的寻找到工业控制系统中PID控制器Kp、Ki、Kd参数的最优解，使控制系统达到设计技术要求。
针对复杂的工业控制系统优化智能控制器参数是目前控制理论发展的最新方向，通过追随当前状态的最优参数值在参数空间搜索通过一系列迭代找到最优解。本项目研究的粒子群优化算法优化复合智能控制器参数是通过模拟生物群体的行为来解决寻找控制器参数最优点的问题，这种方法已经成为智能控制领域新的研究热点，粒子群优化算法（Particle Swarm optimization，PSO）又翻译为粒子群算法、微粒群算法、或微粒群优化算法。该算法是通过模拟鸟群觅食行为而发展起来的一种基于群体协作的随机搜索算法。通常认为它是群集智能（Swarm intelligence，SI） 的一种。它可以被纳入多主体优化系统（Multiagent Optimization System，MAOS）。粒子群优化算法是由Eberhart博士和kennedy博士发明。研究证明，优化智能控制应用在无刷直流电机控制系统中使无刷直流电机性能得到了显著提高，也是当前无刷直流电机控制系统研究的一个热点方向，主要体现在将与其他智能控制方法和优化算法相结合，通过PSO用于电机参数的在线辨识，并对无刷直流电机转速进行自适应调整，在电机控制系统中起优化智能PID控制器控制参数。如PSO优化PID控制参数（Proportion Integration、differential）与神经网路，模糊控制，遗传算法换等相融合中，为其提供非参数化的对象模型、优化参数、推理模型及故障诊断等。利用粒子群优化算法的并行处理、自学习、逼近任意非线性函数的特性，可以找到最优的KP、KI、KD参数。随着研究的不断深入，智能控制在无刷直流电机控制系统中应用将会越来越广泛。[6]
参考文献：
[1]夏长亮.无刷直流电机控制系统[M].北京：科学出版社，2009.
[2]Kenndy J， Eberhart R C， Shi Y H. Swarm intelligence[M].San Francisco： Morgan Kaufmann，2001.
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[4]张海亮.无刷直流电机控制器及控制算法研究[C].杭州电子科技大学，2011.
篇3
关键词：电力系统；电力开关柜；智能控制器；设计与应用
1 电力开关柜的智能控制器简述
电力开关柜的智能控制器，是采用智能化技术，如计算机技术、电力电子（通讯）技术、数据处理技术等对电力开关柜的控制器进行改进，从而优化控制器的性能，使其达到自动化、智能化调控的目的，同时提高控制器运行的可靠性、安全性与经济性。
通常，电力开关柜的智能控制器主要是由中心检测处理模块、LED 显示模块、保护模块、功能模块等部分组成。它通过对电力系统中电流、电压等信号的监测以及对相关数据信号的处理、传递等，达到系统自动化调控、故障保护等目的。对比传统的电力开关柜控制器，它具有如下优势：（1）由于计算机技术、数字技术等先进技术的应用，电力开关柜的智能控制器内部电路以集成电路为主，并将计量、保护、控制、记录等功能集于一体，并通过数字信号将通讯信息传递，实现功能集成化、数字化；（2）技术人员事先编制好相关调控程序，并通过计算机等相关软件的智能化功能，设置智能化功能单元进行过电流的保护，并与环网中保护模块进行动态配合，以实现对电力系统的智能化调控，从而达到在发生故障时起到应急调控与保护作用的目的；（3）电力开关柜的智能控制器的体积大幅度减小，在保证智能化功能的基础上呈现小型化体积模式，同时，控制器的结构以模块为表现形式，所以其功能（监测、保护、自检等）的发挥更加可靠、安全，促使电力开关柜的智能控制器的形式向着标准化，系统向着网络化、分散化等方向发展，促进电力系统运行经济效益的提升。
2 电力开关柜的智能控制器的设计原理
电力开关柜的智能控制器是电力系统断路器上的保护装置，也是核心的控制装置，所以，技术人员需要全面考虑电力开关柜的智能控制器的智能化调控、保护等功能，对以上两个方面进行优化设计，从而实现电力开关柜的智能控制器的自动监测、智能操作、主动保护等功能。
1）对电力开关柜的智能控制器自动监测功能的设计，需要利用传感器的灵敏性，对系统的电流、电压等信号参数的变化进行有效感应，并通过设定好的程序，在以上信号参数的变化超出标准范围时候，尤其是对各个环节的特征信号，进行有效的监测与反馈，正确判定自身系统是否在安全性、可靠性状态下运行。图1 是自动监测单元结构设计的原理。
2）对电力开关柜的智能控制器智能操作功能的设计是依托计算机技术、数据处理技术等，主要通过相关软件对信息数据进行接收与处理，从而有目的地选择相关操作过程，促使电力开关柜的智能控制器对自身运行状态进行智能化判断，并作出相应的操作。图2 是智能操作单元结构的设计原理。
3 电力开关柜的智能控制器应用现状
随着技术人员对电力开关柜的智能控制器研究的不断深入，其在实践中的应用效果也越来越明显，对电力系统的发展起到重要的促进作用。在此，笔者将针对电力开关柜的智能控制器在电力系统中的应用现状进行探讨。
3. 1 电力开关柜的智能控制器自动监测功能的发挥
自动监测是电力开关柜的智能控制器的主要功能，它主要监测电力系统以下几个方面：
1）电路器作为电力系统的重要元件，一旦其内部构件出现故障，将在不同程度上影响电力系统供电的质量与效率。因此，在短路器上加装电力开关柜的智能控制器，可以对断路器的触头磨损量、磁场结构、流经电流大小、开关次数等进行自动监测，从而通过对以上数据信息的处理与分析，判断断路器的运行状态与使用寿命，为断路器与电力系统安全有效运行提供助力。
2）除了电压、电流之外，电力系统运行中的重要参数还有电容，电容出现不稳定变化，也将导致断路器的异常运行，影响电力系统的供电质量。因此，运用电力开关柜的智能控制器可以对分闸电容与合闸电容进行有效监测，并实施相应应急操作，以保证断路器电容的有效性。
3） 电力开关柜的智能控制器还能够对自身进行自我监测，即是在控制器某一构件出现异常情况的时候，控制器的智能自检模块将发挥作用，对相应芯片与通信回路进行有效检测，从而找到故障点，为技术人员的检修提供条件。
3. 2 电力开关柜的智能控制器智能操作功能的发挥
控制器的职能操作功能主要是通过操作模块与自动监测功能模块相配合来实现的，自动监测中对电力系统中断路电路、合闸电压、电容水平等参数进行监控。在发现异常情况后，将发出警报，控制器的中心检测处理模块将发出对应的操作指令，进行智能化的操作，如，调整断路器的同步关合次数，尽量保证同步性与准确性，降低系统空载概率，保护断路器与电力系统的安全运行，保证电力系统相关设备元件的使用性能，延长使用寿命。
4 电力开关柜的智能控制器的发展方向
在国外，电力开关柜的控制器初步进入智能化阶段是在上个世纪80 年代。随着计算机技术、网络通讯技术、电力电子技术、抗干扰技术、传感技术等的发展，电力开关柜的智能控制器也得到空前发展。我国技术人员对电力开关柜的智能控制器的设计与应用研究还处于初级发展阶段，但是相信，在技术人员不断创新研究思想、提高技术水平的基础上，必将促进电力开关柜的智能控制器进一步发展。具体说，未来，我国技术人员将着重在以下领域进行深入研究，以促进电力开关柜的智能控制器性能的优化与充分发挥，进而提高电力系统运行的安全性、可靠性以及经济性。
1） 目前，我国电力开关柜的智能控制器依然采用通用CPU、单片机等元件，这种控制器的成本高，而且电路复杂，不利于控制器性能的优化。因此，为了更好地提高电力开关柜的智能控制器的性能，设计人员应该注重研究开发专用集成电路，并注重控制器抗干扰性能的提高，以使其运行安全性、可靠性、适应性都得到大幅度的提高，从而降低产品成本，提高经济效益。
2）电力开关柜的智能控制器的主要技术是计算机技术与网络通讯技术，因此，相关网络控制软件的开发也是极其重要的，必须在提高控制器硬件质量的同时，强化网络控制软件的开发力度，以优化人际接口环节。
3）在电力系统中，除了电力开关柜控制器之外，还有很多其他功能元件，因此，实现电力开关柜控制器的智能化发展，还应该注重对其相关配套元件的研究，以使其能够配合智能化控制器的运转，完善系统，简化操作，提高电力系统的运行效率。
篇4
【关键词】智能；自启动；延时
1.设计背景及目的
电力的生产、输送、分配和使用需要大量的各种类型的电气设备，为了使主系统安全、稳定、连续、可靠地向用户提供充足的、合格的电能，就必须尽可能地排除电力系统在运行中的一切故障，以保证电气设备和电力系统的安全运行。其中设备过度发热，是破坏电力系统安全的主要因素，甚至会危及到生命财产安全。因此，使整个电力系统处在一个相对稳定的低温环境十分关键。空调能提供一个相对低温和恒温的环境，但普通空调一般不具备来电自启动功能，即市电停电后，空调即停机；市电来电后，空调不能自行启动，除非人工干预才能开机，而人工毕竟受到工作时间的限制，不可能24小时来监视空调的工作情况，那么智能空调来电自启动控制器正好解决这个问题，最大限度地减少电力设备过度发热的时间，尽快地使设备的温度环境恢复到正常状态。
2.国内研究概况
目前空调断电来电自启动器的研究在国内尚属空白，懂空调制冷的人都知道商用分体空调根据部件可分为：室外机（压缩机、冷凝风机）、室内机（蒸发风机）、空调控制板。空调控制板协调室内机和室外机工作：1、不制冷时只有室内风机工作；2、制冷时室内风机、室外风机、压缩机同时工作；3、除湿时室内风机停机、室外风机、压缩机工作。
空调断电来电自启动的目的：维持空调原来开机、制冷状态、保障环境温度稳定，提高商用空调智能化，实现无人值守。分体商用空调要实现来电自启动有两种方法：
（1）空调断电再次来电时给空调红外接收器一个开机信号，类似于自动按一下遥控器开关键。
（2）把原来空调控制系统换成类似机房专用空调控制器，由控制器自身记录空调状态，来电时自动恢复原来状态。
现在我们比较一下两种来电自启动控制器的优缺点：
首先我们来看射频空调自启动工作原理：
（1）在每台空调周围的墙上或其他地方安装一个红外发射头对准原来空调红外接收处。
（2）空调运行控制逻辑由原来控制板完成?。
（3）当空调断电再次来电时接有发射头的空调自启动器给空调发射一个开机信号，空调重新初始化自身控制程序、根据空调检测到的温度及空调原来设置的工作模式来决定是否开室内风机、室外风机及压缩机还是其他动作。
射频信号来电自启动器缺点：
（1）经常出现开机不成功
原因：a.自启动控制器不稳定（由于这些控制器都是少量生产，基本没有经过严格全面的性能测试）；b.频本身缺陷，信号中间不能有障碍、发射头（接收头）不能有灰尘——固定不动的发射头经常被灰尘覆盖。
（2）容易损坏压缩机
原因：a.射频来电自启动控制器无法识别空调压缩机状态，无法实现压缩机保护。频繁断电的情况下，射频自启动控制器频繁的向空调发送开机指令，造成空调压缩机频繁开关，容易引起压缩机损坏。b.有些射频自启动器设计了连续开机几次的功能，也是造成空调频繁开关机的原因——如射频启动器发出开指令由于灰尘或障碍物干扰，射频自启动器认为没有开机成功，复位再次发出开机指令，使得压缩机频繁开关。
3.主要技术内容
3.1 预期目标
空调来电自启动控制器是专门针对企业机房而设计的。这里所谓机房的特征是：需要长时间使用一般的民用空调机来调节空气温度，通常情况下无人值守。一旦遇到断电情况，空调机即停止工作，即使外界电网恢复供电，一般的普通空调机都不会自动检测来电并自动启动。本产品就是用来解决这个问题的。
3.2 应用领域
空调来电自启动控制器适用在需要空调24小时开机的场所，比如：电脑机房、自动银行换钞间、移动联通等运营商户外基站、电力系统变电站、户外箱站、温室、仓库、生物制药厂、无菌室、洁净厂房、学校图书馆、档案馆、文物馆、仓储中心、医院血站、疾病防控中心、环保监测部门的冷库、智能楼宇等需要温度监测的场所和领域。
3.3 创新点及特色
智能控制器来电自启动工作原理：当空调断电再次来电时，智能控制系统自动恢复断电前运行状态。采用专业空调智能控制器优点：采用单片工控专用芯片和低频率信号线路设计，实现最精简的硬件电路方案，能够有效抵抗各种电气干扰，减少了元器件数量，降低了故障率，延长了使用寿命；同时也控制了功耗、体积；并且开机成功率非常高，有效地保护空调压缩机等核心部件。
3.4 电路原理图
图1
3.5 电路简介
本控制器图1由变压器、桥式整流器、延时电容、稳压芯片、电压比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、开关三极管及常开继电器构成。
变压器T1初级通过保险器F1接220V市电，实现电压220V转换为12V，变压器T1次级跨接桥式整流器D的输入端，桥式整流器D跨接于稳压芯片IC1的输入端及地端间，稳压芯片IC1输入端、输出端分别接有第一滤波电容C1及第二滤波电容C2，第一电阻R1与延时电容C3串联支路跨接于稳压芯片IC1输出端及地端间，构成RC延时电路，中间接点接电压比较器IC2电压负端输入端脚2。第一电阻R1是延时微调电阻，用以调节延时时间。第二电阻R2、第三电阻R3串联支路跨接于稳压芯片IC1输出端及地端间和电压比较器IC2脚8及脚4间，中间接点接电压比较器IC2电压正端输入端脚3，电压比较器IC2输出端串接第四电阻R4后接三极管Q1基极，开关三极管Q1发射极接常开继电器K1，第五二极管D5跨接于三极管Q1发射极与地端间。常开继电器输出应接空调面板的启动开关。
本设计稳压芯片IC1采用7809稳压芯片，R1是延时微调电阻（3296精密电位器）；R4是限流偏置电阻；第五二极管D5是保护二极管（1N4007）
本设计可以在自动启动空调的同时，不需要人工干预，控制器中仅采用常用电子元件，且设计新颖，结构简单，成本低廉，工作安全可靠。
3.6 电路原理
220V市电经过一变压器降压、整流器整流、稳压、滤波后输入到电压比较器，电路通电一段时间后电压比较器的同相输入端电压大于反向输入端电压，电压比较器输出高电平，使一常开继电器吸合，使空调自动启动，空调启动后继电器释放并复位。
3.7 工作原理
220V市电经过220V/12V电源变压器（T1）后输出12V交流电。经过（D1—D4）桥式整流器后输出脉动直流电，再经过第一滤波电容（C1）滤波，再经过稳压芯片输出+9V。稳压芯片再经过第二滤波电容（C2）滤波，此电源输出为直流+9V。
电路接入+9V电源后，当电路通电时，第二电阻R2、第三电阻R3组成串联分压电路使电压比较器IC2的同相输入基准电压为4.5V；由R1和C3构成RC延时电路，T= R1 C3，R1是延时微调电阻，控制电压比较器的反向输入基准电压。当电压比较器同相输入端电压高于反向输入端电压时，电压比较器输出高电平使开关三极管S8050导通，继电器线圈得电吸合。（当继电器线圈没通电时动触点1和静触点3处于常开状态；当继电器线圈通电时动触点1和静触点3之间由常开状态转为闭合状态。）当R1给C3充电过程中，此过程中电压比较器的反相输入端的基准电压慢慢升高，当电容C1两端电压充电至4.5V以上时，此时电压比较器同相输入端电压小于反相输入端电压，电压比较器输出低电平，从而继电器线圈失电释放。
本设计可以调节R1的大小可改变继电器闭合时间。（R1阻值增大延时时间增长。一般空调通电时内部电路复位时需0.3S）。
4.重要技术难点
4.1主控板信号完整性设计
信号在传输路径上的质量，传输路径可以是普通的金属线，可以是光学器件，也可以是其他媒质。信号具有良好的信号完整性是指具有所必需达到的电压电平数值。差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同引起的，所以信号完整性设计是电路板可靠运行的关键因素。
4.2主控板的抗干扰设计
干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。敏感器件，指容易扰的对象。
抗干扰设计的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。
5.结束语
本设计可以在自动启动空调的同时，不需要人工干预，控制器中仅采用常用电子元件，且设计新颖，结构简单，成本低廉，工作安全可靠。
参考文献：
篇5
所谓智能控制系统是指在应用计算机、自动化控制、网络等技术的基础上，无需人工操作的前提下，自动驱动机器运转的系统。相比传统的固定模式控制，不仅处理突况能力强，而且能够模拟人脑思维，随着智能控制技术的不断发展，当前的部分智能控制系统已经具有人脑思维中的一些功能，能够对系统事件进行高效的信息处理和自动调节，具有十分先进的控制能力。与传统自动化控制相比，首先，智能控制具有较强的处理能力，特别是控制系统脱离数学模型限制后，结合被控制对象的实际情况和数学理论，采用定性、定量的方式全面分析控制对象的参数，降低了传统控制方式中对数学模型的依赖；其次，智能控制更加智能、灵活、高度模拟人脑思维，在具体工作中，表现为能够按照人的思维方式和意愿实现生产控制，控制方式更加规范、合理；再次，具有改变控制结构和自动调节功能，在对控制结构的参数变化情况进行全面分析的基础上，对于一些控制结构的参数发生偏差时，能够自动调节；最后，智能控制系统具备信息分析、处理功能，反应速度灵敏，工作效率高，在对被控对象的信息进行判断后，能够做出正确的选择。
2智能控制系统常见的控制方式
2.1模糊控制
作为典型的智能控制方法，模糊控制是在模糊数学相关理论和基本思想的基础上，利用模糊集合来处理内含更加丰富，信息容量更大的模糊性控制问题。对于变量过多、过程过于复杂或难以精确描述的系统具较强的控制力，更能真实地模仿专家和熟练操作人员的控制方法与经验，从而实现对相关控制对象进行系统的控制。在具体应用中，其优点是应用方式较为方便，输入输出形式比较简单，并且可以大幅度节省人力的投入，若在模糊控制器中使用积分效应，其功效与PID控制器相当。
2.2单神经元控制
现实生活中，系统控制中常常会面临许多不确定、非线性的复杂问题，若采用传统的控制方法不仅需要大量的人力、物力和财力，而且在具体解决问题中难以产生预料的结果。随着智能控制技术的不断发展，单神经元控制技术不断成熟，不仅适应外界环境能力强、响应速度快，而且具有自动学习能力，能够有效解决现实控制中条件不精确、模糊信息的处理问题。但是，目前单神经元控制的方式普遍缺乏计算机硬件的支持，这一问题的存在严重制约着单神经元控制方式的应用。然而，在电气传动系统智能控制中应用单神经元控制方式，不仅可以提高系统的控制效率，而且能够及时地对系统加以控制，在具体应用中得到了良好的效果。
3电气传动系统中应用智能系统的优势
3.1能够提高系统的性能
通常情况下，由于控制对象的不同，其智能控制的方法也有所不同。智能控制系统属于非线性控制技术，其中的遗传算法、模糊控制方法和神经网络控制方法等这些方法十分适合在电气传动系统中应用，不仅能够有效突破传统函数估算器对控制对象的局限性，而且缩短了系统的响应时间，有利于自身控制系统性能的提高。以智能控制系统中采用模糊逻辑控制器为例，与传统最优控制器相比，无论是上升时间、还是下降时间均得到了大幅度的提升。
3.2有利于系统自身的调整
自适应神经网络和试探法、监督学习型神经网络控制器是人工智能控制器的两种方法。但是，在系统自身的调整过程中，常规的监督学习型神经网络不利于系统的调整，其主要原因是常规模糊控制器学习算法已基本定型、并且采用拓扑结构，通常情况下采用既定“a-priori”型信息进行处理。但是该种类型不能让常规模糊控制器处于正常工作状态，而自适应模糊神经控制器通过优化拓扑结构配置和学习算法，有效解决了上述困难，使整个系统能够正常工作。
4电气传动系统中应用智能控制的策略
在国内外，关于电气传动系统中应用智能控制产生了意见上的分歧，一部分学者、专家认为利用智能控制可以提高电气传动系统的自动化水平和控制性能，而另一部分学者和专家认为未能产生相应的效果。结合国内外参考文献和多年的工作经验，笔者认为随着技术的发展，电气传动系统也会发生改变，电机参数也会随着工况等外部因素的变化而发生变化，而在电气传动系统应用智能控制后，变参数对系统控制的影响等众多问题都能得到有效的解决。因此，在电气传动系统中运用智能控制具有重要的价值。
4.1智能控制系统中模糊控制在电气传动系统中的应用分析
模糊控制的基本原理是利用数学模型的模糊原理，在具体控制过程中，控制系统的动态信息越详细、越具体，则智能控制系统的精确度越高，越能达到精确控制的目的。在现实生活中，电气传动系统是一项变量较多、非常复杂的过程，在电气传动系统中实施智能控制其实质是对电气传动系统的发电机、电动机、变压器等电机电器设备进行自动控制和优化设计的过程。为了最大限度地实现模糊控制在电气传动系统的精确控制，务必对模糊控制系统的框架结构进行合理设计。首先对各种变量进行定义，在初始化过程中，务必注重输入变量在输出过程中的误差变化率，对初始化变量进行控制，确保下一个变量能够输入；其次，模糊化，将数字滤波输入的值转化为相应的温度或者数值，利用口语化变量有效实现测量脉冲数的转化；再次，将系统变量转化为语言控制描述的规则库和供系统处理模糊数据的数据库；次之，进行系统逻辑判断，在模糊控制概念的基础上，按照人的大脑思维方式进行逻辑判断，从而在模糊控制器的作用下对系统信息进行判断，在所有架构中该部分是模糊控制器的精髓；最后，进行模糊控制器的反模糊化，实现数值之间的转换，从而得到更加明确的的控制信号，再将得到的控制信息作为系统的输入值输入到系统中，从而达到控制的作用。
4.2智能控制系统中神经网络控制在电气传动系统中的应用分析
作为智能控制系统中的重要组成部分，神经网络的控制原理主要是在网络系统中，结合人工智能控制学、神经网络学、生物学、数学等众多学科，通过模拟人类大脑思维模式，从而实现对控制对象的有效控制，并且调节能力、环境变化适应性等方面较强。例如，在电气传动系统中，传统的控制方法对于电机调速无法进行检测和控制，但是神经网络控制技术可以对系统中的电机速度进行计算和自动判断，并根据结果进行调整，从而达到控制的目的。所以，神经网络控制适用于电气传统系统的电机调速。同时，相比基于专家控制的电气传动系统，其优势在于对系统中出现的各类故障进行诊断，显示出故障结果，并且在一定程度上，可以对检测的信号进行详细的分析并能够及时地将结果储存到知识库中。但是，专家控制也具有综合定量知识能力不强等一些不足之处，而神经网络控制处理精度高、计算精确，在一定程度上，可以完全符合整个电气传动系统的要求。此外，值得一提的是，神经网络控制也有许多缺陷。例如，如果在离线学习之后再次进行在线学习时，对偏差数据信号检测和报告分析时，神经网络控制的效果较低。而专家控制无论是在线学习，还是离线学习，均可以发生作用，其原因在于专家控制有效减少电气传动系统断电事故的发生，通过在线学习提高了电气传动系统运行的稳定性。
5结束语
篇6
关键词：单片机 水温器 智能控制
中图分类号：TK515 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0005-02
1 引言
家庭中的热水器储水箱的水温控制，要突显智能控制方向，通过单片机实现简单容易操作，体积小[1，2]。本文在系统的构建时选取了AT89S52芯片作为该控制系统的核心，温度信号由DS18B20提供，温度用4位八段数码管显示，有太阳能板，蜂鸣器，LED灯和马达实现我设计的动作，程序选择基于keilc51下c语言的编写[3，4]。主要实现18B20的测温，数码管显示当前温度和上下限温度，超温报警动作，还有键位控制调温功能。超温报警动作主要是低温加热，高温马达正反转蜂鸣器启动。在 编程方面要突显智能控制方向，对温度的控制不是简单的超温报警，而是控制温度在适用范围内。
2 硬件系统
3 系统软件设计
4 系统调试
5 测试结果分析
本次系统完成基于52单片机太阳能热水器储水箱水温智能控制控制设计，在设计过程中和调试中仍有误差，但基本不大。基本满足了系统的要求。虽然对单片机软件的编程，温度传感器的使用和电机的转动方向控制做了相应的研究。
参考文献
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篇7
关键词：电气自动化；人工智能；优点
随着社会生产力的不断改革与发展，社会生产逐步实现了生产自动化，这对产品的效率和质量也提出了更高的要求。电气自动化控制作为一门学科，有其重要的价值。对于社会和国家而言，电气自动化控制是发电厂、工业建筑等重要领域中不可或缺的一项技术，对各行各业的发展都会产生巨大的影响。通过分析人工智能技术在电气自动化控制中的运用可以发现，这一技术极大促进了电气自动化控制在智能控制方面的发展，提高了电气设备运行的智能化水平以及相关的生产效率。促使电气自动化控制向着更智能的方向发展，是对其生产技术的一次重大改革。因此，不断提高电气自动化控制中的人工智能技术水平非常重要[1]。
1人工智能技术的定义
人工智能技术是伴随着科学技术发展而逐渐发展起来的一门新兴科学。简单的说，人工智能技术就是通过计算机技术对人类的活动进行模拟，并作出一定的指令安排，目的是为了通过机械来完成复杂的、危险的工作。这样高科技的技术可以通过计算机在一定程度上实现人脑思考的效果，甚至比人脑更具有优势。人工智能技术的应用可以提高生产效率，降低人力劳动，节约成本。更重要的是，它可以避免人处于危险的环境中，减少人身危害，这对电气自动化控制的发展非常有利。
2人工智能控制器的优点
人工智能是现代科技的新兴产物。跟上时展的步伐，人工智能控制器相对于一般控制技术而言，具有较大的技术优势。主要体现在以下几个方面。2.1设计思路简单传统的控制器一般需要根据不同的操作对象进行特定的设计，且在对实际模型进行建造时，需要考虑很多不确定因素的影响，包括参数的改变、使用环境的影响等，增加了设计难度。但是，如果采用人工智能技术就可以很好地解决这一问题。人工智能控制设计时不需要针对具体的对象模型进行设计，因此可以大大简化设计流程。可见，人工智能设计思路的简单对于电气自动化控制方面具有很大优势[2]。2.2操作方便人工智能控制器比传统控制器更加容易操作。人工智能控制器有很强大的数据处理功能和对新信息的适应能力，可以在短时间内处理大量信息，这样操作者就可以在较短时间内掌握操作技巧，大大简化了操作工作。2.3准确性高对于人工智能操作系统而言，大部分工作是通过计算机程序自主运行，不需要工作人员过多的参与。一般情况下，只要硬件不出现问题，操作过程就不会出现太大的误差，从而极大地保证了准确率。
3电气自动化控制中的人工智能技术应用
在电气行业的正常运行过程中，电气控制发挥着至关重要的作用。为了保证电气工程可以正常安全地进行，需要具备专业知识和实际工作经验的工作人员进行操作。所以，怎样保持电气自动化高效、稳定的运行，一直被认为是比较复杂的问题。但是，随着科学技术的发展，人工智能技术的应用很大程度上解决了这一问题。人工智能控制技术主要依靠计算机运行程序来进行控制，其控制系统会依据不同环节需要来调用不同程序对生产过程实现控制。这在很大程度上减少了误差。此外，通过几年的实践研究发现，人工智能控制在电气自动化控制方面取得了诸多成就，大大提高了生产效率，降低了事故发生率和劳动成本，给企业和国家带来可观的利益。下面就简单分析一下人工智能在电气自动化控制中的应用[3]。3.1节省人力资源人工智能控制技术与传统的人工控制技术相比，最大的优点就是可以代替枯燥乏味的手工劳动，极大地解放了劳动力。电气控制是一个比较庞大和复杂的工程，电气的操控设备多、线路复杂，且是一个比较危险的工程。因此，需要投入大量的专业人员进行仔细认真的操控。但是，人工智能技术截然不同。人工智能技术依靠的是电子计算机，可以利用计算机代替人工处理一些数据的收集、分析，并且可以通过智能机械代替人工解决枯燥乏味的工作，将人类从复杂的劳动中解放出来。这样人工智能技术就可以极大节省人力资源，降低人力成本[4]。3.2缩短产品设计的周期电器产品的设计与实践投入生产过程有一个试用周期。如果按照之前传统的方法进行试验，这个过程比较漫长。需要通过归纳总结，得出经验进行手工设计，且最后的效果还不太满意。但是，如果使用人工智能系统，就可以利用计算机通过数据分析得出结论，直接进行生产，且生产出来的产品合格率较高。因此，人工智能系统的使用可以大大缩短产品设计周期，提高生产率。3.3预防故障事故发生任何生产过程都会出现事故与故障，尤其对于电气自动化控制过程，故障与事故的发生更是不可忽略。人工智能技术对事故及故障进行预防及处理具有非常明显的优势，尤其是在处理发动机、变压器故障方面。人工智能技术主要通过计算机分析数据，对于经常出现的问题提前给出解决方案，并且可以在故障发生的第一时间快速判断问题部位。较传统方法，人工智能技术发现问题快，解决问题快，且准确率高，同时还可以对经常发生故障的地方提前进行检修与预防[5]。3.4提高可靠性人工智能技术是结合计算机运用的高端智能技术。通过计算机的控制，可以减少人工操作的参与，减少人工误差，提高可靠性。同时，设备操作简单，可提高可靠度，降低误差。因为人工智能技术可以更好地保障生产效率，提高可靠度，降低误差，所以对于企业和国家是非常有价值的。因此，对于电气自动化控制中人工智能技术的探究具有重要的研究价值。
4结束语
人工智能技术是人类智慧的结晶，是科学技术的产物，是对人类智力技术的发展。在当前信息自动化飞速发展的时代，人工智能技术有很好的发展市场，在电气自动化控制方向也有其无可替代的优势。所以，随着电气自动化控制工程技术的不断发展与创新，人工智能技术也应该不断改革和创新，更好地与电气自动化控制相结合，提高电子设备的生产率，降低生产成本，更好地服务人民、服务社会[6]。
参考文献
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篇8
摘要：焦炉集气管系统是焦炉系统的重要组成部分，针对目前我国焦炉集气管压力系统波动大及自动化低下的现状，开发了焦炉集气管压力智能控制系统。通过采用Honeywell集散控制系统和VC软件编程，实现了焦炉集气管压力的可视化调节，将集气管压力稳定在给定的工艺波动范围内。该系统在涟源钢铁有限公司进行了试验和使用，效果良好。
关键词：智能控制; Honeywell集散控制系统; 自动化
Abstract：The collector pressure system of coke-oven is important part of oke-oven system. Based on the collector pressure system of coke-oven which has changed value between large scope and lower automatization， the gas collector pressure intelligent control system for coke-oven is developed. Through adopting Honeywell DCS and VC programme， the system implements the visualization regulation of the collector pressure system of coke-oven， and stable the pressure in in the technics area. The system is tested and used in Lianyuan iron and steel Ltd and acquires better effect.
Keyword：Intelligent control; Honeywell DCS， Automation
1 引言
焦炉集气管系统是焦炉系统的重要组成部分，它负责收集焦炉生产过程中产生的焦炉煤气，对其进行气液分离，冷却，洗涤等净化操作，提供给民用供气，锅炉或高炉加热等进一步使用[1~4]。在焦炉工业中焦炉集气管压力的稳定是焦炉正常生产的重要保证。生产中受到多种因素的影响，如出焦，装煤，炉底换向，煤气量发生变化，工艺设备及管道阻力变化都会引起集气管压力大幅度波动。当压力过低时，空气就会进入炉体，导致焦碳燃烧，灰份增加，焦碳质量下降，加重冷却系统的负担并缩短炉体使用寿命，当压力过高时，荒煤气将会冒出，造成跑烟冒火，降低了荒煤气的回收率并造成环境污染。目前我国很多钢铁企业集气管压力波动范围达，自动化程度较低，因此，研制焦炉集气管压力控制系统以及成功应用，对于改善环境，提高煤气回收量和质量，提高焦炉辅助产品和质量，具有重要意义[5，6]。
2 工艺现状
涟源钢铁有限公司焦化厂目前有1#、2#、新2#三座焦炉，其中1#、2#焦炉焦炭产量相对新2#焦炉（简称N2#）要小，相应其荒煤气的产量和集气管气压也要小些。1#、2#焦炉相距很近，其集气管压力耦合严重，其中任一集气管压力的变化都会引起另一集气管气压的波动。两座老焦炉集气管压力原先设定值为80~120Pa，现因炉体老化，其值设定在40~80Pa之间才能防止焦炉出现跑烟、冒火的现象，在实际生产中，有时甚至设定在20Pa。1#、2#焦炉荒煤气汇合后，经一段长为600m左右的输气管传输后与N2#焦炉的荒煤气汇合。N2#焦炉与鼓风机相距较近，鼓风机转速的变化对N2#焦炉影响显著，对1#、2#焦炉影响较小。因为1#、2#焦炉集气管与N2#焦炉集气管相距较远，输气管长且阻尼大，同时鼓风机吸力气压远大于集气管所能产生的最大负气压，所以1#、2#焦炉与N2#焦炉之间耦合相对较小。
3 控制系统硬件设计
控制系统选用Honeywell公司生产的Honeywell PlantScape集散控制系统，该系统开放性好，使用方便，功能强大，能满足集成和分散控制的各种要求。
集气管压力控制系统硬件结构图如图1所示，系统为冗余结构，每一个主机架都由电源模块TK-FPCXX2，网络接口模块TC-CCR013，中央处理模块TC-PRS021，冗余模块TK-PRR021构成。从机架由电源模块TK-FPCXX2，网络接口模块TC-CCR013，数字量输入模块TK-IDD321，数字量输出模块TK-ODK161，模拟量输入模块TC-FIAH81，模拟量输出模块TK-OAV081，热电阻模块TB-IXR061构成。操作员控制与监视（人机界面）采用戴尔工控机，配置以太网卡和1784-PCIC卡，以太网卡用于服务器与各工作站的通信。1784-PCIC卡用于和DCS系统的CONTROLNET网连接。系统监控和数据采集选用Honeywell公司的PlantScape，提供操作员监视，操作，系统报警及报表生成功能。另外，在鼓风机房配置了两台工作站，通过光缆和中控室服务器相连，用于监控鼓风机运行和集气管压力状况。
三座焦炉因投产时间和设计的原因，使用的调节阀各不相同，其中1#焦炉使用的是西贝公司的SCHIEBEL调节阀，2#焦炉使用的是ROTORK调节阀，3#焦炉使用的是川仪的调节阀，均为电动调节阀，动作力矩大，缺点是不能频繁的调节，容易引起电机发热，安装位置在集气管的末端，从运行的情况看，因集气管内焦油的逐渐增多，引起阀门动作力矩增大。
图1 集气管压力控制系统硬件结构图
4 智能控制方案
在Honeywell系统的基础上设计了集气管协调专家控制器、1#、2#智能解耦控制器、N2#专家模糊控制器和协调控制器。其整体结构如图2所示。
从图2中可以看出，集气管压力智能解耦控制系统的工作原理如下：三座焦炉的集气管压力设定值以及外送压力、鼓风机转速和蝶阀阀位的检测值输入到集气管协调专家控制器，由专家控制器根据专家经验，处理有关的设定值和检测值，并把处理的数据传给1#、2#智能解耦控制器和N2#专家模糊控制器。
N2#焦炉主要采用专家模糊控制器对其进行控制，它根据专家控制器，选择不同的模糊控制器进行计算，得到N2#焦炉蝶阀的目标设定值；然后由协调控制器根据N2#蝶阀的特性，对目标设定值进行补偿修正，得到N2#蝶阀目标执行值（当鼓风机转速、外送压力发生突变时，采用N2#前馈补偿控制器对目标执行值进行补偿修正），下发给Honeywell集散控制系统，进行控制。
1#、2#智能解耦控制器通过模糊运算或PID运算，根据补偿解耦规则，得到1#蝶阀和2#蝶阀的目标设定值；然后由协调控制器根据蝶阀的特性，对目标设定值进行补偿修正，得到1#蝶阀和2#蝶阀的目标执行值，下发给Honeywell集散控制系统，进行控制。
由于智能解耦控制系统要进行大量的计算，要求很高的实时性，同时要便于调试，并且要有一定的界面，故采用C/C++等高级语言来进行开发。系统用了OPC技术进行数据通信。
图2 集气管网控制系统图
5 系统运行情况
由两台工业控制机和Honeywell控制器组成两级系统，共同完成集气管压的智能解耦控制、工艺过程的实时监视和综合信息管理。系统于2004年11月投入涟源钢铁有限公司焦化厂运行，从自动控制效果来看，控制算法是有效的，并根据实际运行情况和控制效果对模糊专家智能解耦控制器做了参数调整和优化，达到项目的设计要求。对控制界面也进行了优化设计，操作简单，界面清晰明了。
图3 控制系统软件运行画面
焦炉集气管压力解耦控制系统软件运行画面如图3所示。该系统工作可靠、性能稳定、功能齐全、操作方便，压力控制精度达到了要求。当负荷变化、集气管压力波动、外送压力波动、上升盖打开或关闭等外界干扰出现，使得三座焦炉出现高压或低压时，计算机控制系统可以在短时间内通过对三座焦炉集气管蝶阀调节使集气管压力动态调整为正常范围。以N2#焦炉为例，对其进行智能控制后，对其采样数据进行分析：当其设定值为110Pa时，压力波动范围在±10 Pa占全部采样的45%，压力波动范围在±20 Pa占全部采样的30%，压力波动范围在±30 Pa占全部采样的25%；而原系统压力波动范围在±50 Pa占全部采样的20%，压力波动范围在±250 Pa占全部采样的80%；当外界因素引起集气管压力波动时，该系统能迅速调节N2#蝶阀开度使压力在30 s内能达到稳定，保证压力稳定在工艺要求波动范围内。
该系统在某钢铁有限公司的具体使用过程中取得了良好的效果，实现了焦炉集气管压力的自动化监控，提高了生产效能。
参考文献
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篇9
[关键词]LF炉 智能电极控制器 节能降耗
中图分类号：TN383.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）07-0317-01
1. 前言
60吨LF炉原有电极调节器是基于静态的PID调节，由于在钢水精炼过程中，受钢水面渣层厚度、底吹氩流量、大包耐火层、电网电压波动、液压伺服系统及控制调节比例阀放大板的精度与零漂变化等因素影响，致使LF炉进行冶炼时出现三相电流、电压不平衡以及过负荷等不良状态，造成生产不稳定、设备损耗大以及电耗高的局面。基于以上不足，钢厂对60吨LF炉进行智能电极控制的改造，通过调研与研究，钢厂LF炉智能电极调节系统采用北科冶金器材公司研发的ZCMELT AC电极升降调节器，替换原有精炼站上电极控制调节器。
2. ZCMELT AC智能电极控制
2.1 主要功能特点
三个独立的阻抗控制器和叠加的过电流控制器：可以自动适应电炉的实际冶炼阶段/实际控制回路。阻抗实际值由经过平滑处理的弧压弧流采样值计算得到，通过使用带有死区补偿的调节器控制液压驱动电极，达到了更高的控制精度，调节器的参数根据冶炼状况自适应。
智能短路响应：如果阻抗实际值低于最小极限值，并延时超过设定，这才被认为是短路，并叠加一个控制量来提升电极。
自动启动冶炼功能：使用功率圆图来设定工作点，达到电炉变压器合理有效的向电炉内输入有效功率P，另外，通过模拟过程值，电极控制可以离线测试，而不需要任何的特殊设备。通过功率圆图，选取电炉的工作设定点，即阻抗设定点，有效的发挥变压器的有效功率，缩短冶炼时间5-20分钟，降低电耗。
过电流保护：通过三个积分器，过电流值过的越大，电极速度提得越快，纠正过电流状态，以避免电炉变压器和电极的过载。图1为过电流保持布置柜图
成熟的防电极折断功能：ZCMELT对偏差进行监控，如某一个电极支撑轴发生故障等。最后，ZCMELT 通过非导体检测，把电极的折断率降低到最小。
2.2 硬件系统
智能电极调节器ZCMELT AC主要由控制系统、二次电流（ 弧流） 检测回路、 二次电压（ 弧压） 检测 回路、液压阀驱动回路、人机接口系统（ HMI ） 和通讯接口等组成。控制系统是ZCMELT AC调节器的核心， 由S7 PLC和其他辅助设备组成。
2.3 控制系统的实现
2.3.1 信号采集
电弧电流：电弧电流检测由安装在变压器二次侧的3只罗氏线圈进行实时监测冶炼时电弧电流、将监测的电流信号通过积分器和特殊屏蔽电缆传送到控制器进行处理。
电弧弧压：电弧电压信号从变压器二次短网取出经电压检测箱获得 ，并通过特殊电缆与系统连接。检测箱配有互感器、 浪涌吸收回路、 熔断器和滤波器，以防护过电压冲击、保证信号质量。
液压回路压力：液压回路压力信号直接取自压力回路，经过滤波、A/D转换及放大处理后送到控制器，通过和电流信号的平衡比较调节电极升降，防止电极折断。
2.3.2 信号处理及电极驱动
系统先对采集的弧压、弧流信号的实际值进行滤波，计算出阻抗的实际值，再与阻抗设定值相比较。两值的偏差（ 输出值 ） 经 D/A转换和放大板放大，通过调节液压阀开度使电极升降。
系统通过比较弧流的实际值与设定极限值算出偏差，通过P I 调节器进行积分，积分器对正负控制值具有不同时间常数，输出信号经过限幅，叠加到阻抗控制回路，控制电极使冶炼电流不超过设定的极限值。
为防止电极在下降过程因接触非导电炉料而折断，系统通过控制器采集液压回路压力信号。当信号达到设定值而电极电流又很小时，该电极自动抬起再重新落下。若电极连续三次未起弧，则发出报警通知炉前人员处理。液压阀的正、负开度与正、负驱动电流或电压的关系一般设计为线性，但在接近零点的区域存在死区。为获得更好的控制特性，系统对死区进行补偿。如果阻抗实际值在给定的时间内小于设定的极限值，则认为该相电极短路，然后被快速提升。
为减少对变压器调压开关触头的烧损，当切换抽头调整二次电压时，ZCMELT AC自动调节阻抗以降低冶炼电流。
2.3.3 LF炉本体参数选择
变压器档位选择：我厂变压器共9各档位，其中第1档至的3档为恒功率档，第3档至第9档为恒电流档，则第3档是变压器的额定档，因此我厂选择变压器第3档炼钢。
弧长选择：选择变压器第3档的情况下，我厂尽量使用长弧炼钢，其次根据钢水的温度、生产的匹配等使用中弧和短弧
2.4 实施效果
第钢厂LF炉电极智能调节系统使用以来，节能效果明显，精炼吨钢电耗下降10Kwh/t，采用新系统后，电极调节明显平稳，电流由原来的±10%波动改善到±3%，弧光热辐射极大减少，电热效率增加。因电极控制平稳，三项电流平衡，将减少电极断裂故障并降低电极消耗，能有效减少钢包耐材消耗。满足了第钢厂生产的需要，改善了系统运行品质。
3 .结束语
在实际应用中，由于精炼炉三相之间存在耦合，单独的PID调节没有考虑三相之间的耦合因素，无法更加合理、灵敏的控制电极的升降，ZCMELT AC电极升降调节器综合考虑包括三相间的耦合等因素，使控制更灵敏，更合理，在应用中充分发挥了其神经元控制的优势，改善了三相不平衡，大大减少了偏差，实现更加精确的控制，达到系统的更加稳定，减低设备损耗及节能降耗的目的。
参考文献
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篇10
【关键词】 生活质量智能化控制系统Zigbee技术
1 引言
近年来,随着我国经济的快速发展,人们对于生活质量的要求也越来越高。各种先进的家用电器充斥着人们的生活空间,给人们带来便利的同时,繁杂的操控成为人们必须面对的一个问题。随着网络技术和通信技术的发展,为实现家电智能远程控制提供了条件。但很多普通家电产品并不具备智能远程控制功能,若每一款家电产品产品都单独实现智能远程控制成本太高,这就需要设计一个中间设备－智能家电控制器。针对这一问题,本文提出一种智能家电控制器的设计思路。利用智能家电控制器,用户通过一条短信就可以随时随地的控制家电的运行状态;家电的运行状态也可以实时反馈到用户,以便于用户发出下一步指令;而且通过智能家电控制器内部预设的程序,还可以实现家电的定时开关功能。这种智能家电控制器,不仅可以应用于普通的居住小区,还可以进一步扩展应用到高档别墅区的智能家电控制系统中,对于提升人们的生活质量具有非常重要的意义。
2 智能家电控制系统的总体结构及功能
智能家电控制系统包括智能家电控制器、远程通讯控制系统以及无线遥感控制系统。其中核心模块就是智能家电控制器,它与远程通讯控制系统相连,然后通过有线或者无线遥感控制系统,实现对各种家电的控制。智能家电控制系统所要实现的功能,基本上是由智能家电控制器实现的。
智能家电控制系统所能实现的功能主要有:
家庭安防:在智能家电控制系统中,连接有多种传感器,包括红外探测传感器、烟感探测头、门磁报警器、燃气探测头等。这些传感器可以实时采集信息然后传送到智能家电控制器。智能家电控制器再根据预设的程序对传送来的信息进行分析,以实现防盗、防火等功能,而且还具有主人身份识别功能,一旦有陌生人非法入侵,可以实现自动报警。
家电控制:不论用户在什么地方,都可以通过发送短信的方式,控制家用电器的开启或关闭。比如,用户在下班回家的途中即可以通过智能家电控制系统,实现空调的预热,照明系统的提前打开等。
信息服务:通过智能家电控制系统,用户还可以更为方便的享受到各种网络服务,比如网上订票、网上购物以及远程教育等。
所有这些功能都是可以通过智能家电控制系统实现的,但是本文只对智能家电控制系统的核心模块,智能家电控制器做深入的探讨。
3 智能家电控制器的设计
3.1 家电控制器的工作过程
在智能家电控制器中,含有一个SIM卡,利用这个SIM卡,便可以对接收到的手机控制信息进行用户权限的认证。认证完成后,如果不符合操作权限,智能家电控制器便反馈一个提示信息给用户。如果符合操作权限,那么智能家电控制器便根据用户的控制指令,对家电进行控制,同时将家电的运行状态反馈给用户。
3.2 家电控制器的原理框图
构成智能家电控制器的硬件电路如图1所示。
键盘控制模块。通过键盘控制模块,可以实现家电的预设置,比如控制电视的定时开关,定时开启或关闭步进电机以实现窗帘的定时开闭。
无线接收模块。用户通过手机短信对家电进行控制时,智能家电控制器通过无线接收模块来接收用户的控制指令。
Zigbee通信模块。在接收到用户的控制指令后,智能家电控制器通过Zigbee通信模块实现对家电的控制。
信息采集模块。根据用户的控制指令对家电进行控制以后,智能家电控制器利用信息采集模块采集各个家电的运行状态,并将采集到的信息反馈给用户。比如根据用户的指令开启空调一段时间后将室内温度反馈给用户。
3.3 智能家电控制器的软件设计
软件设计主要包括:控制界面的miniGUI编程、无线通信程序设计、家电运行控制程序设计以及嵌入式Linux操作系统的移植。控制界面的编程基于miniGUI1.3.3版本的图形界面编程,这种编程操作非常有利于进行人机对话。嵌入式Linux操作系统的移植,需要做的就是启动代码vivi的移植、内核的剪裁与移植以及制作文件系统。由于Linux 源代码开源,可以根据硬件设计的需求进行量身制定内核,可以实现在很小的存储空间上运行图形界面的操作系统。
4 智能家居控制系统设计中的关键技术
4.1 接口与标准
国内家用电器根据生产厂家的不同,其接口标准也不尽相同,这给设备的集中控制带来了难题。在进行智能家电控制器设计时,对每一个家用电器都配备一个终端控制器。终端控制器可以与主控制器相连然后形成微微网,这样便相当于统一了各个家用电器的接口标准,从而实现智能控制。
4.2 Zigbee技术
Zigbee技术具有强大的组网能力,可以组成蜂窝状网络,通信可靠性极强。通过Zigbee技术将嵌入式Zigbee模块终端控制器和家电控制器连接在一起,同时又利用具有路由功能的Zigbee家庭网关和外部网络相连,组建成一个星形网络。使得住宅中各种家用电器通过无线家庭网关连接成一个智能化系统,进行集中的或远程的监视、控制和管理。
4.3 扩展SIP技术
针对智能家居控制系统,目前已经可以通过一些协议来实现远
图1 智能家电控制器原理框图
程控制,但是网络用具的中间域通信的处理还没有非常好的解决方案。采用SIP扩展技术,能够较好的解决网络用具交互能力问题。本智能家电控制器设计中,恰当扩展初始化协议SIP,实现对家电远程控制的同时,及时获取家电的运行状态。在智能家居控制系统中,采用SIP扩展SUBSCRIBE、NOTIFY 和DO方法来实现。通过 SUBSCRIBE方法来获取家用电器状态,扩展DO方法对家用电器进行操作,终端控制设备使用NOTIFY方法及时将家用电器的状态改变通知用户。
4.4 开放式家庭服务网关
嵌入式家庭网关技术符合OSGi规范,即开放式家庭服务网关,包括服务网关、广域网以及局域网连接设备。为了实现智能家电控制系统的低成本、高可可靠性,采用实时嵌入式操作系统。将用户的对家电的控制划分为实时性控制和非实时性控制。嵌入式家庭网关不仅符合广域网连接通讯标准而且还符合局域网连接通讯标准以及与服务传输相关的标准,从而使得系统的软硬件升级问题得以解决,产品的通用性更强。
5 结语
随着计算机通信技术的发展,各种智能化电子产品不断涌现。智能家电控制系统在人们的生活中发挥的作用会越来越大,智能家居公司的服务对象也会逐渐从豪宅、高档别墅区等转移到普通居住小区。成本低、功能强大、可靠性好的智能家电控制器的应运而生,其市场前景是非常广阔的。相信随着时间的推移,智能家电控制器会逐步实现批量生产,进入到普通人们的生活中。
参考文献:
[1]于剑锋.基于ARM9的嵌入式数控系统的研究[J].机电工程技术,2011年05期.
[2]李文明.MY HOME智能家居系统样板房运用案例[J].数字社区&智能家居,2010年09期.
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