測控技術(shù)論文
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測控技術(shù)論文范文第1篇
國內(nèi)外大量工程實踐表明，對水利水電工程進行全面的監(jiān)測和監(jiān)控，是保證工程安全運行的重要措施之一。同時，將監(jiān)測和監(jiān)控的資料及時反饋給設(shè)計、施工和運行管理部門，又可為提高水利水電工程的設(shè)計及運行管理水平提供可靠的科學(xué)依據(jù)。
現(xiàn)代化的測控技術(shù)[2],應(yīng)該具有采集數(shù)據(jù)、科學(xué)管理數(shù)據(jù)，及時或?qū)崟r對水利水電工程的安全狀況作出分析和評價，并對其異常或險情作出輔助決策等功能.因此,高新測控技術(shù)的基本要素包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和分析評價系統(tǒng)及其計算機通訊網(wǎng)絡(luò)支撐等(見圖1)。
圖1水利水電工程高新測控技術(shù)示意圖
1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
通過測控單元(MCU)自動采集、筆記本電腦現(xiàn)場采集或人工觀測埋入壩體或安裝的傳感器采集的監(jiān)測效應(yīng)量(大壩的變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變和溫度等)和影響量(水位、氣溫、降雨和地震等)，并輸入計算機的數(shù)據(jù)庫。其中，自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時采集，半自動化和人工采集為定期采集。因此，自動化采集數(shù)據(jù)一般是對水利水電工程關(guān)鍵部位(或壩段)主要監(jiān)測量(變形和滲流等)的采集。
1.2數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進入計算機數(shù)據(jù)庫后，由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對其進行科學(xué)有序的管理。包括將電容、電感、電阻、電壓、頻率等轉(zhuǎn)換為位移、揚壓力、滲流量、應(yīng)力應(yīng)變、裂縫開合度以及溫度等，及它們的誤差識別和處理，并將監(jiān)測量按有關(guān)監(jiān)測規(guī)范進行整編和初分析；編制月報和年報等。
1.3分析評價系統(tǒng)
分析評價系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，進行觀測資料的分析和反分析，結(jié)構(gòu)和滲流正、反分析，建立各類監(jiān)控模型和擬定監(jiān)控技術(shù)指標(biāo)等；將收集到的工程設(shè)計、施工、運行管理、有關(guān)法規(guī)和規(guī)范等方面的專家知識進行編輯，構(gòu)成分析、評價、輔助決策等方面的知識庫和推理分析知識。
現(xiàn)簡述幾種傳感器的主要工作原理及其應(yīng)用情況.
(1)差動電阻式傳感器
該傳感器為美國加州大學(xué)卡爾遜教授所研制。置于其內(nèi)腔的兩根彈性鋼絲作為傳感元件，受力后一根受拉、一根受壓.當(dāng)環(huán)境量發(fā)生變化時，兩者的電阻值向相反方向變化，根據(jù)兩個元件的電阻值比值,測出物理量的數(shù)值。
我國南京電力自動化設(shè)備廠從20世紀(jì)50年代開始，已研制出幾十萬支差動電阻式傳感器，并應(yīng)用于大量的水利水電工程中，取得了成功經(jīng)驗。
(2)振弦式傳感器
由前蘇聯(lián)的達維金可夫發(fā)明。其核心元件是一根鋼弦，鋼弦的一端固定，另一端則固定在測量元件(受壓膜片或測量端塊)上。當(dāng)受力后，鋼弦長度將產(chǎn)生微小變化，引起固定頻率的變化，從而測出物理量的數(shù)值。
加拿大的Rocktest公司，美國的Sinco,Geokon公司等生產(chǎn)的振弦式傳感器性能良好，其中真空式為最佳。近幾十年來，我國較多的工程應(yīng)用了這種傳感器。
(3)差動電容式傳感器
由我國南京電力自動化研究院研制。其工作原理是，將垂線或引張線穿過由4塊組成矩形的電容極板中，當(dāng)測線發(fā)生位移時，電容極板的電容產(chǎn)生變化，從而測出位移量。
該傳感器經(jīng)過20多年的完善，其精度和長期穩(wěn)定性等均有較大提高，已在不少水利水電工程中應(yīng)用。
(4)差動電感式傳感器
首先由原法國的Telemac公司研制。其工作原理是，當(dāng)高頻交變電流通過垂線坐標(biāo)儀時，在周圍產(chǎn)生交變磁場,接收點的磁感應(yīng)強度與導(dǎo)線距離成反比；當(dāng)垂線產(chǎn)生位移時，接收點測得的感應(yīng)電勢發(fā)生變化,其變化量的大小反映位移量的大小。
該傳感器在我國龍羊峽等水利水電工程中得到成功應(yīng)用。我國有關(guān)廠家也仿制了這類傳感器。
(5)步進馬達式傳感器
由原法國Telemac和意大利ISMS公司研制.其工作原理是，由步進電機驅(qū)動光電探頭，探頭中的光照準(zhǔn)器先后對準(zhǔn)基準(zhǔn)桿和垂線鋼絲，然后返回原點，在此過程中，測量電路記錄探頭前進及返回基準(zhǔn)點和垂線鋼絲的脈沖數(shù),經(jīng)計算得到位移量。
該傳感器的機械部件較多，易出現(xiàn)故障，其長期穩(wěn)定性也不易保證。我國有關(guān)廠家也仿制了這類傳感器，在實際工程應(yīng)用中的故障率較高。
(6)CCD傳感器
由河海大學(xué)結(jié)合國家三峽工程重大基金項目研制。該傳感器由若干個特別研制的CCD線陣模塊和發(fā)光二極管陣列模塊組成，當(dāng)垂線穿過并產(chǎn)生位移時，CCD線陣模塊記錄垂線位移與基準(zhǔn)點的位置，從而計算出位移量。
該傳感器技術(shù)先進，精度和可靠性高，在上標(biāo)和響洪甸等水利水電工程中得到應(yīng)用。
(7)其它新穎傳感技術(shù)
①光纖傳感技術(shù)光導(dǎo)纖維是由不同折射率的石英玻璃包層及石英玻璃細芯組合而成的纖維。它能使感受到的各種物理量而計算出監(jiān)測量，以及傳送感受的信息通訊。目前，應(yīng)用于光纖傳感的監(jiān)測量主要是裂縫，應(yīng)力應(yīng)變尚需進一步研究。應(yīng)用信息通訊較為廣泛，且安全可靠。
②CT技術(shù)意稱計算機層析成像。它指的是在不破壞物體結(jié)構(gòu)的前提下，根據(jù)物體周邊所獲取的某種物理量(如波速、X線光強)的一維投影數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法，通過計算機處理，重構(gòu)物體特定層面的二維圖像及其由此重構(gòu)的三維圖像；從而定量描述物體內(nèi)部材料分布和缺陷。該技術(shù)將成為工程結(jié)構(gòu)物內(nèi)部隱患監(jiān)測和老化評估的一種重要手段，在國內(nèi)外得到應(yīng)用，我國豐滿水電站等工程中也得到成功應(yīng)用。
③滲流熱技術(shù)依據(jù)滲流場與溫度場同時滿足擴散方程及其初始和邊界條件的原理，利用埋設(shè)的溫度計測值分析滲流場的分布及其異常部位。
④GPS技術(shù)利用衛(wèi)星定位技術(shù)(GPS)監(jiān)測堤壩和巖土邊坡的表面變形.
⑤激光傳感技術(shù)由激光點光源(即發(fā)射點)發(fā)射的激光與激光探測儀(即接收端點)構(gòu)成激光淮直線，由發(fā)射的激光在波帶板及支架(測點)上觀測位移量。它可分大氣激光和真空激光準(zhǔn)直，其中的真空激光準(zhǔn)直除包括激光點光源、波帶板及其支架和激光探測儀，即發(fā)射點、測點和接收端點以外，,還有真空管道。我國豐滿和太平哨水電站等大壩壩頂水平位移和垂直位移的10多年觀測資料表明，真空激光準(zhǔn)直具有精度高、長期穩(wěn)定等優(yōu)點。
2.1.2數(shù)據(jù)采集裝置數(shù)據(jù)采集裝置將各類傳感器測出的物理量(如電阻、電阻比、電容、電感和頻率等)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量(如位移、滲壓、應(yīng)變和溫度等)，即A/D轉(zhuǎn)換,以便遠程輸送。當(dāng)距離超過100m以后，傳感器輸出的電量和頻率等信號，隨距離的增大急劇衰減，以至無法測出物理量，但數(shù)字量可遠距離輸送。因此，一般將幾十個傳感器按部位接入數(shù)據(jù)采集裝置，使傳感器觀測的物理量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。按監(jiān)測方式不同，數(shù)據(jù)采集裝置可大致分為以下幾種類型。
(1)自動化數(shù)據(jù)采集裝置國內(nèi)外自動化數(shù)據(jù)采集裝置主要有，美國Geomation公司的2300系統(tǒng)、Sinco公司的IDA系統(tǒng)；我國臺灣研華公司的ADAM4000和ADAM5000系統(tǒng)；南京電力自動化設(shè)備廠的FWC-1系統(tǒng)等。按結(jié)構(gòu)的不同可歸納為總線型和集散型兩大類。
①總線型結(jié)構(gòu)Geomation公司的2370型、IDA、ADAM4000、ADAM5000以及FWC-1等系統(tǒng)均屬于總線型結(jié)構(gòu).以IDA系統(tǒng)為例,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2(a)，模塊箱的結(jié)構(gòu)見圖2(b).圖中主機為工控機，中繼起聯(lián)接和中斷作用。
IDA母線有二線信號、二線電源；A1～An是智能測量模塊，每個模塊可接8個傳感器；B1～Bm是智能傳感器。A和B有解釋指令、多路傳輸、A/D轉(zhuǎn)換和錯誤查詢等功能。同時具有自動和人工測讀的兩種功能，并可防雷。
②集散型結(jié)構(gòu)Geomation公司研制的2350型、2380型等系統(tǒng)屬集散型結(jié)構(gòu)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3。
從圖3中可見，NMS為主機；NRU起中繼和網(wǎng)點(即可轉(zhuǎn)成有線的調(diào)制信號)的作用；MCU(3)是異地單元,也起中繼作用(距離近的可以不用)；MCU(4)和MCU(5)也是異地單元，但它能起無線電發(fā)射和接收作用；MCU(6)～MCU(N)是監(jiān)測傳感器。在這兩種型式中，總線型結(jié)構(gòu)具有抗干擾能力強、可靠性高、現(xiàn)場調(diào)機方便和造價低等優(yōu)點。其中Geomation公司的2370型、IDA等系統(tǒng)可接入電式和頻率式傳感器。
(2)人工或半自動化數(shù)據(jù)采集裝置人工或半自動化數(shù)據(jù)采集儀可在現(xiàn)場測讀傳感器的測值，或用筆記本電腦采集。其中，差動電阻式采集儀主要有SQ-2型數(shù)字電橋、XJ型數(shù)字式電阻比檢測儀、ZJ型數(shù)字式和PSM-R型電阻比檢測儀等；鋼弦式采集儀主要有SDP-3型鋼弦溫度測試儀和GPC-1型袖珍式鋼弦頻率測定儀等。
2.2數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
水利水電工程大壩可埋有幾百個、幾千個甚至上萬個傳感器。如長江三峽水利樞紐建筑物就埋設(shè)約一萬多個傳感器，其采集數(shù)據(jù)每年達幾百萬個，并隨著觀測年限的增加，數(shù)據(jù)將越來越多，對這些海量數(shù)據(jù)必須進行科學(xué)有序地管理，以便為分析評價系統(tǒng)提供可靠的信息。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)管理軟件和應(yīng)用軟件。
2.2.1數(shù)據(jù)庫管理軟件平臺在大、中型水利水電工程中，目前常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有Oracle、Sybase、Informix以及SQLServer等4大類。其中以O(shè)racle和Sybase數(shù)據(jù)庫在中國應(yīng)用最廣。而Sybase為單進程、多線索結(jié)構(gòu)，即通過單進程的多重通路來同時服務(wù)于多用戶，提高內(nèi)存的有效使用率，便于優(yōu)先程序的查詢。因此，Sybase數(shù)據(jù)庫無論在總體結(jié)構(gòu)、功能和特性等方面都有較大優(yōu)勢。本文作者開發(fā)和研制的7個大型水電工程的數(shù)據(jù)(或信息)管理及專家綜合評價系統(tǒng)，主要采用了Sybase數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。在小型水利水電工程中，目前常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有DBase，F(xiàn)oxbase和Foxpro等。而Foxpro為用戶級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),目前采用較多。
2.2.2數(shù)據(jù)庫邏輯模型檢測的目的是分析評價工程的安全狀況。因此，根據(jù)分析評價的需要，數(shù)據(jù)庫的邏輯模型包括工程檔案、原始數(shù)據(jù)、整編數(shù)據(jù)和生成數(shù)據(jù)等4個分庫(見圖4)。
(1)工程檔案分庫該分庫管理工程概況以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計、施工資料等.
(2)原始數(shù)據(jù)分庫管理監(jiān)測資料的原始數(shù)據(jù)，包括物理量(電阻、電阻比、電感、電容、頻率等)和監(jiān)測效應(yīng)量(變形、揚壓力、滲流量、應(yīng)力應(yīng)變和溫度等)，并應(yīng)保證原始數(shù)據(jù)的真實性。
(3)整編數(shù)據(jù)分庫依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對原始數(shù)據(jù)進行誤差識別和轉(zhuǎn)換；按結(jié)構(gòu)單元和監(jiān)測項目進行整編，包括測值統(tǒng)計表及其過程線圖，以及特征值(如最大值、最小值等)和環(huán)境量(如水位、氣溫、降雨、地下水位等)的統(tǒng)計等；對測值進行初步分析，初步識別異常值以及復(fù)測；編制日報、月報和年報，其中，日報是刊錄測頻高(每日一次或數(shù)次)的自動化監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
(4)生成數(shù)據(jù)分庫對監(jiān)測資料分析和反分析的成果，結(jié)構(gòu)和滲流分析和反分析的成果，以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計、施工和運行的專家知識等進行管理，為工程安全分析評價提供定性和定量的依據(jù)。主要包括大壩或各結(jié)構(gòu)單元在各荷載組合工況下的應(yīng)力和位移、壩體溫度場、壩體和壩基滲流場(等勢線和流線)；位移和揚壓力的力學(xué)規(guī)律計算值；各測點的統(tǒng)計模型，變形測點和空間位移場的確定性模型和混合模型；變形、應(yīng)力和揚壓力的監(jiān)控指標(biāo)；歷次異常或險情的分析評價成果等。
2.2.3應(yīng)用軟件根據(jù)數(shù)據(jù)庫的邏輯模型,在數(shù)據(jù)庫的軟件平臺上，開發(fā)和研制數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用軟件，主要包括：
(1)菜單編程對數(shù)據(jù)庫的菜單和各個分庫的菜單等編制應(yīng)用程序。可以采用下拉式或全屏幕式。
（2)原始數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用軟件包括與采集系統(tǒng)相聯(lián)的通訊軟件；按結(jié)構(gòu)單元和測控裝置將傳感器監(jiān)測的物理量(電阻、電阻比、電感、電容和頻率等)或數(shù)字量(變形、滲壓、滲流量、應(yīng)力應(yīng)變和溫度等)編制成圖表的軟件。
(3)整編數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用軟件包括誤差識別和處理程序；將物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量(應(yīng)變轉(zhuǎn)化為應(yīng)力，以及測控裝置沒有轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的物理量)；按結(jié)構(gòu)單元，將數(shù)字量及其相應(yīng)環(huán)境量編制整編成圖表的軟件；初分析軟件；編制日報、月報和年報的軟件等。
(4)生成數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用軟件包括對監(jiān)測資料分析和反分析成果、結(jié)構(gòu)和滲流分析和反分析成果，以及有關(guān)專家知識等，并編制成相應(yīng)圖表的軟件。
2.3分析評價系統(tǒng)[3]
對水利水電工程監(jiān)測和監(jiān)控的目的是，依據(jù)監(jiān)測資料和相應(yīng)的專家知識，對工程的安全狀況作出綜合分析和評價。因此，完整的現(xiàn)代測控系統(tǒng)必須包括分析評價系統(tǒng).其功能是依據(jù)監(jiān)測資料、結(jié)構(gòu)、滲流等分析和反分析成果，以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計、施工、運行管理、法規(guī)和規(guī)劃等專家知識，對監(jiān)測資料進行分析和評價，從中尋找異常值或不安全因素，并對此進行成因分析和輔助決策等。因此，分析評價系統(tǒng)應(yīng)包括資料評價、綜合檢查分析、觀測檢查、物理成因分析、專家綜合診斷和輔助決策等部分，其結(jié)構(gòu)和流程分別見圖5和圖6。
2.3.1資料評價應(yīng)用時空分布、力學(xué)規(guī)律、監(jiān)控模型、監(jiān)控指標(biāo)、日常巡查和關(guān)鍵問題等6類評判準(zhǔn)則，對監(jiān)測值進行分析評判，從中識別異常值或不安全因素。
2.3.2檢查分析對異常值或不安全因素，通過同一部位的同類監(jiān)測量、相關(guān)監(jiān)測量和環(huán)境量的綜合分析(或相關(guān)分析)檢查，從中識別引起異常值或不安全因素的成因。如由觀測引起的，則進入觀測檢查；是由結(jié)構(gòu)和荷載引起的，則進入物理成因分析。
2.3.3觀測檢查對由觀測引起的異常測值，首先檢查觀測記錄，然后檢查采集系統(tǒng)。對觀測記錄錯誤的測值宜進行刪除或修改；對監(jiān)測采集系統(tǒng)引起的異常測值，在排除故障后重測并進行修正。
2.3.4物理成因分析對由結(jié)構(gòu)和荷載引起的異常值或不安全因素，首先檢查環(huán)境量(或外因)有無產(chǎn)生特殊荷載工況。若有，則分析壩基異常(包括變形、穩(wěn)定和應(yīng)力等)成因，然后分析建筑物異常(變形、應(yīng)力、裂縫等)成因，當(dāng)穩(wěn)定和強度滿足安全要求時，則“異常”或“不安全因素”是由荷載引起的，為結(jié)構(gòu)調(diào)整所致,所以屬基本正常。若無特殊荷載工況，則反分析壩基和壩體的計算模型和計算參數(shù)等；然后，正演分析監(jiān)測量,若與實測值一致，則為計算條件改變而引起的；并復(fù)核壩基和壩體的穩(wěn)定和強度，若滿足安全要求，則雖為結(jié)構(gòu)引起，但尚屬基本正常；若穩(wěn)定和強度不滿足安全要求，則為異常或險情，隨即進入輔助決策。若分析不出物理成因，則進入專家綜合診斷。
2.3.5專家綜合診斷對異常或不安全因素的疑難雜癥，即難以分析成因的，進行專家綜合診斷，包括對其影響因素和安全度的專家綜合評判。
2.3.6輔助決策依據(jù)異常或險情的程度，首先提出報警級別，然后提出輔助決策的建議。其中報警級別分三級，一級為險情，二級為異常，三級為局部異常。輔助決策建議包括運行控制水位和補強加固處理措施的建議等。
2.3.7支持庫群為了給以上分析評價提供定量依據(jù)，該系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)庫、方法庫、知識庫和圖庫等支持庫群。
(1)數(shù)據(jù)庫主要管理監(jiān)測資料及其分析和反分析成果，與工程安全有關(guān)的設(shè)計、施工和運行資料等。
(2)方法庫依據(jù)安全分析評價需求，方法庫主要包括監(jiān)測資料分析和反分析軟件包，結(jié)構(gòu)和滲流分析軟件包,綜合分析和評價程序，以及輔助決策程序等。如本文作者給多座水利水電工程開發(fā)的分析評價系統(tǒng)中，共設(shè)置40個程序。其中，監(jiān)測資料分析和反分析軟件包有監(jiān)測資料預(yù)處理、資料分析和反分析等22個程序；結(jié)構(gòu)和滲流分析軟件包有規(guī)范法的應(yīng)力和穩(wěn)定分析，有限元靜力、動力以及粘彈性和粘彈塑性分析等13個程序；綜合分析和評價包括影響因素和安全度評價等2個程序；輔助決策包括報警、洪水反調(diào)節(jié)等3個程序。從而，總體上能滿足安全分析和評價的定量分析需要。
(3)知識庫包括專家語言的定量化知識,隱蔽薄弱部位的設(shè)計和施工的專家知識，歷次安全定期檢查以及異常或不安全因素的分析評價成果等。
(4)圖庫包括圖形庫和圖像庫。其中，圖形庫包括分析和評價過程中的各類圖表；圖像庫包括分析評價結(jié)論的多媒體演示等。
2.3.8分析評價的人工智能技術(shù)為了實現(xiàn)分析評價的人工智能化，分析評價系統(tǒng)采用正向推理、反向推理、混合推理和元控制等4種技術(shù)。其中，正向推理為已知問題的事實，在知識集中尋找匹配知識，反復(fù)循環(huán)直至找到有解結(jié)論；反向推理為已知或假設(shè)結(jié)構(gòu)，從知識集中尋找匹配的解，反復(fù)循環(huán)，直至找到匹配的解；混合推理為融合正向和反向推理的原理，先正向后反向或先反向后正向；元控制是將元知識(即知識的知識)構(gòu)成元知識庫，以求解問題的目標(biāo)。
2.4計算機及通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
由于高新測控技術(shù)是將數(shù)據(jù)采集、信息管理和分析評價融匯在一起的龐大系統(tǒng)工程，必須在現(xiàn)代計算機及通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下才能實現(xiàn)。
2.4.1計算機網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線形、星形和樹形等(見圖7)。其中，總線形結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)所有結(jié)點連在通信總線上；星形結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)所有結(jié)點連接在中心結(jié)點上，由中心結(jié)點負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和交換；樹形結(jié)構(gòu)為自頂而下的層次化的擴展式結(jié)構(gòu)，頂部結(jié)點為根結(jié)點，連接2個以上結(jié)點的稱為支節(jié)點，以下為端結(jié)點，以根結(jié)點為網(wǎng)絡(luò)核心、支結(jié)點為子網(wǎng)絡(luò)中心、端結(jié)點為面向用戶的桌面。
一般大中型水利水電工程結(jié)構(gòu)單元(如壩段)較多、布置的測點也較多，宜用總線形；對省局(廳)或大網(wǎng)局，由于所屬水利水電工程較多，分布也廣，而需要由局中心控制時，宜用星形結(jié)構(gòu)，其中一個結(jié)點為一座水利水電工程；對特大型水利水電工程.如三峽工程，由于分項工程較多，宜用樹形結(jié)構(gòu)(見圖8)。
2.4.2計算機通訊網(wǎng)絡(luò)平臺單個的水利水電工程一般用局域網(wǎng)，可采用高速光纖、載波或微波等網(wǎng)絡(luò)通訊。對省網(wǎng)局(廳)或大型水利水電工程需要有外部技術(shù)支持的，一般采用廣域網(wǎng)，亦可采用以太網(wǎng)或Intranet網(wǎng)等。
2.4.3計算機工作方式一般采用C/S(客戶機/服務(wù)器)方式。其中，服務(wù)器主要存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計和施工等資料，應(yīng)該有強大的存儲和處理數(shù)據(jù)的功能；其型號和數(shù)量視工程規(guī)模、監(jiān)測項目的多少，由需求分析確定，一般應(yīng)有雙機或多機熱備份。客戶機主要面向用戶的分析評價和輔助決策等，可由多臺并行計算機完成。
3結(jié)語
(1)現(xiàn)代化測控技術(shù)應(yīng)包括數(shù)據(jù)采集、管理和分析評價等功能，以及完成這些功能的計算機軟硬件環(huán)境和通訊網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
(2)數(shù)據(jù)采集包括傳感器和測控裝置，完成A/D轉(zhuǎn)換，以便監(jiān)測的數(shù)字量能遠距離輸送。
測控技術(shù)論文范文第2篇
[關(guān)鍵詞]提升效率數(shù)控機床切削刀具
一、提升數(shù)控加工的意義所在
數(shù)控機床具有生產(chǎn)效率和加工自動化程度高，零件的加工精度和產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性好，能完成許多普通機床難以加工或根本無法加工的復(fù)雜型面加工，幾乎不要專用的工裝卡具、減少在制品，提高經(jīng)濟效益和大大減輕操作工人的勞動強度等一系列優(yōu)點。隨著制造業(yè)的迅速發(fā)展，大力發(fā)展以數(shù)控機床為先導(dǎo)的裝備制造業(yè)已成為我國政府的一項產(chǎn)業(yè)政策，將對數(shù)控機床的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。用好數(shù)控機床提高數(shù)控機床的利用率具有重要的現(xiàn)實意義，它不僅能增加企業(yè)的效益，而且還有助于提高我國制造業(yè)的整體素質(zhì)和加快建設(shè)制造強國的進程。
二、影響數(shù)控機床加工的因素
1.數(shù)控機床應(yīng)用水平不高
數(shù)控加工在中國制造業(yè)中已經(jīng)有了較長的使用時間，雖然有嚴(yán)格的數(shù)控機床操作規(guī)范、良好的機床維護保養(yǎng)，但是其本身的精度損失是不可避免的。為了控制產(chǎn)品的加工質(zhì)量，我們定期對數(shù)控設(shè)備進行檢測維修，明確每臺設(shè)備的加工精度，明確每臺設(shè)備的加工任務(wù)。對于大批量成批生產(chǎn)的零件加工工廠，應(yīng)嚴(yán)格區(qū)分粗、精加工的設(shè)備使用，因為粗加工時追求的是高速度、高的去除率、低的加工精度，精加工則相反，要求高的加工精度。而粗加工時對設(shè)備的精度損害是最嚴(yán)重的，因此我們將使用年限較長、精度最差的設(shè)備定為專用的粗加工設(shè)備，新設(shè)備和精度好的設(shè)備定為精加工設(shè)備，做到對現(xiàn)有設(shè)備資源的合理搭配、明確分工，將機床對加工質(zhì)量的影響降到了最低，同時又保護了昂貴的數(shù)控設(shè)備，延長了設(shè)備的壽命。
2.操刀次數(shù)及位置不合理
利用數(shù)控車床進行批量生產(chǎn)、特別是大批量生產(chǎn)時，在保證加工質(zhì)量的前提下，提高加工效率、確保加工過程的穩(wěn)定性是獲得良好經(jīng)濟效益的基礎(chǔ)。數(shù)控車削批量加工時，選擇簡便的換刀方式，是減少換刀輔助時間、減少機床磨損、降低加工成本的有效途徑。改進換刀點設(shè)置是為達此目的進行的有效嘗試之一。為此，在夾具選擇、走刀路線安排、刀具排列位置和使用順序等方面都要精細分析、優(yōu)化設(shè)計，改進換刀點設(shè)置，減少運行成本，提高加工效率。
3.編程技巧不強
程序的效率直接影響著機床的工作效率，所以優(yōu)化編程質(zhì)量是提高數(shù)控機床工作效率的一個重要方法。首先，熟悉機床的指令，充分開發(fā)機床的內(nèi)部功能，尋找高效的編程和加工方法。其次，大力推廣計算機編程，加強計算機切削模擬，提高程序的可靠性，從而減少或取消在數(shù)控銑床上調(diào)試程序的時間。再次，合理編程，盡量減少機床走空刀的情況。
三、提高數(shù)控機床加工效率的措施
1.培養(yǎng)優(yōu)秀的數(shù)控技術(shù)人才
數(shù)控機床雖然智能程度提高，但是人的作用卻至關(guān)重要。沒有技術(shù)好的編程人員，數(shù)控機床的效率就不可能得到有效提高，沒有好的機床操作者就達不到最佳加工方式，產(chǎn)品的廢品率就會提高，同時也會大大降低數(shù)控機床的使用效率和縮短機床的使用壽命。因此，要提高數(shù)控加工的效率，就必須培養(yǎng)出優(yōu)秀的數(shù)控技術(shù)人員。
2.對數(shù)控機床實施科學(xué)管理
數(shù)控機床不同于普通機床，不能把管理普通機床的方法照搬到數(shù)控機床上。據(jù)一些使用數(shù)控機床較早的用戶多年管理實踐證明，凡是數(shù)控機床較多的單位，以相對集中管理的方式較好，即“專業(yè)管理，集中使用”的辦法。工藝技術(shù)準(zhǔn)備由工廠工藝技術(shù)部門負(fù)責(zé)，生產(chǎn)管理由工廠下達任務(wù)統(tǒng)一平衡。有條件的可以采用計算機集成管理的生產(chǎn)方式。由計算機把數(shù)控機床生產(chǎn)所需的各種作業(yè)和加工信息管理起來，實行信息共享，以減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，優(yōu)化物流路線，可有效的提高生產(chǎn)率。
3.合理選擇切削刀具
刀具的選擇是保證加工質(zhì)量和提高加工效率的重要環(huán)節(jié)。為了提高生產(chǎn)率國內(nèi)外數(shù)控機床尤其是加工中心正向著高速、高剛性和大功率方向發(fā)展。這就要求具必須具有能夠承受高速切削和強力切削的性能，而性能要穩(wěn)定。在選用刀具材料時，凡加工情況允許選硬質(zhì)合金刀具時，就不應(yīng)選用高速鋼刀具。有條件的選用性能更好更耐磨的刀具，如涂層刀具、立方氮化刀具、陶瓷刀片等。
這里特別強調(diào)一下球頭刀具的使用，在進行自由曲加工時，由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此為保加工精度，切削行距一般取得很密，故加工效率很低。平頭刀具在表面加工質(zhì)量和切削效率方面都優(yōu)于球頭具。因此，只要保證不過切，無論是曲面的粗加工還是加工，都應(yīng)優(yōu)先選擇平頭刀。
測控技術(shù)論文范文第3篇
課題名稱： PLC先進控制策略研究與應(yīng)用
1、選題意義和背景。
可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller, PLC)具有可靠性高、抗干擾能力強、功能豐富等強大技術(shù)優(yōu)勢，已經(jīng)成為目前自動化領(lǐng)域的主流控制系統(tǒng)。然而，從目前的應(yīng)用情況來看，PLC還大都只是承擔(dān)最基本的控制功能，如順序控制、數(shù)據(jù)采集和PID反饋控制。各個PLC廠家也在其產(chǎn)品中設(shè)計了PID模塊。雖然PID算法控制有很高的穩(wěn)定性，但對于一些復(fù)雜控制系統(tǒng)，PID控制很難滿足控制要求，這也使PLC的發(fā)展面臨著一種挑戰(zhàn)。隨著越來越多的PLC產(chǎn)品與IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)兼容，PLC控制系統(tǒng)越來越開放，將先進控制算法嵌入PLC常規(guī)控制系統(tǒng)成為可能。本課題從工業(yè)控制實際應(yīng)用角度出發(fā)，對PLC的控制功能進行深入的研究和探討，以提高和擴展PLC控制器的應(yīng)用水平和應(yīng)用范圍。本課題：PLC先進控制策略的研究與應(yīng)用，其目的是通過研究使一些先進控制算法在PLC及組態(tài)系統(tǒng)上得以實現(xiàn)，并開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用程序，經(jīng)過驗證后最終應(yīng)用到工業(yè)過程控制中去。
在PLC組態(tài)系統(tǒng)中實現(xiàn)先進控制算法，包括預(yù)測控制算法和模糊邏輯控制算法，形成具有人工智能的控制模塊及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能大大提高系統(tǒng)的控制水平，改善控制質(zhì)量。從經(jīng)濟角度來看，目前PLC生產(chǎn)商的一些產(chǎn)品具備先進控制模塊，如模糊模塊。但它們的價格十分昂貴，且封閉性較強，不適合我國中小型企業(yè)的工業(yè)改造。因此開發(fā)較為通用的先進算法實現(xiàn)技術(shù)，對于我國中小型企業(yè)的工業(yè)改造具有很大的意義，既可降低生產(chǎn)成本，又可提高經(jīng)濟效益。
模糊控制與預(yù)測控制是智能控制中技術(shù)較為成熟的分支，因此，研制和開發(fā)出適合工業(yè)環(huán)境的實時先進控制開發(fā)工具，實現(xiàn)模糊控制、預(yù)測控制嵌入PLC,與常規(guī)控制集成運行，讓先進控制從教授、專家手中走出來，實現(xiàn)先進控制的工程化、實用化、轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)力，對縮短控制系統(tǒng)開發(fā)周期，加快先進控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，提高我國的工業(yè)自動化水平有著重大的意義。
2、論文綜述/研究基礎(chǔ)。
在過程工業(yè)界，從40年代開始，采用PID控制規(guī)律的單輸入單輸出簡單反饋控制回路己成為過程控制的核心系統(tǒng)。目前，PID控制仍廣泛應(yīng)用，即便是在大量采用DCS控制的最現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)過程中，這類回路仍占總回路80%-90%.這是因為PID控制算法是對人的簡單而有效操作的總結(jié)和模仿，足以維護一般過程的平穩(wěn)操作與運行，而且這類算法簡單且應(yīng)用歷史悠久，工業(yè)界比較熟悉且容易接受。
然而，單回路PID控制并不能適用于所有的過程和不同的要求[4}0 50年代開始，逐漸發(fā)展了串級、比值、前饋、均勻和Smith預(yù)估控制等復(fù)雜控制系統(tǒng)，即當(dāng)時的先進控制系統(tǒng)，在很大程度上滿足了單變量控制系統(tǒng)的一些特殊的控制要求。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，仍有10%-20%的控制問題采用上述控制策略無法奏效，所涉及的被控過程往往具有強藕合性、不確定性、非線性、信息不完全性和大純滯后等特性，并存在著苛刻的約束條件，更重要的是它們大多數(shù)是生產(chǎn)過程的核心部分，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本等有關(guān)指標(biāo)。隨著過程工業(yè)日益走向大型化、連續(xù)化，對工業(yè)生產(chǎn)過程控制的品質(zhì)提出了更高的要求，控制與經(jīng)濟效益的矛盾日趨尖銳，迫切需要一類合適的先進控制策略。自50年代末發(fā)展起來的以狀態(tài)空間方法為主體的現(xiàn)代控制理論，為過程控制帶來了狀態(tài)反饋、輸出反饋、解疆控制、自適應(yīng)控制等一系列多變量控制系統(tǒng)設(shè)計方法}s}.上述多變量控制策略有其自身的不足之處，工業(yè)過程的復(fù)雜性使得建立其正確的數(shù)學(xué)模型比較困難。同時，計算機技術(shù)的持續(xù)發(fā)展使得計算機控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用，強大的計算能力可以用來求解過去認(rèn)為是無法求解的問題，這一切都孕育著過程控制領(lǐng)域的新突破。
整個80年代，出現(xiàn)了許多約束模型預(yù)測控制的工程化軟件包。通過在模型識別、優(yōu)化算法、控制結(jié)構(gòu)分析、參數(shù)整定和有關(guān)穩(wěn)定性和魯棒性研究等一系列工作，基于模型控制的理論體系己基本形成，并成為目前過程控制應(yīng)用最成功，也最有前途的先進控制策略。近年來，人工智能技術(shù)有了長足的長進并在許多科學(xué)與工程領(lǐng)域中取得了較廣泛的應(yīng)用。就過程控制而言，專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊系統(tǒng)是最有潛力的三種工具。專家系統(tǒng)可望在過程故障診斷、監(jiān)督控制、檢測儀表和控制回路有效性檢驗中獲得成功應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則可以為復(fù)雜的非線性過程的建模提供有效的方法，進而可用于過程軟測量和控制系統(tǒng)的設(shè)計上。模糊系統(tǒng)不僅是行之有效的模糊控制理論基礎(chǔ)，而且有望成為表達確定性和不確定性兩類混合并提煉這些經(jīng)驗使之成為知識進而改進以后的控制，也將是先進控制的重要內(nèi)容。
由于先進控制受控制算法的復(fù)雜性和計算機硬件兩方面因素的影響，早期的先進控制算法通常是在PC機和UNIX機上實施的。隨著DCS功能的不斷增強，更多的先進控制策略可以與基本控制回路一起在DCS控制站上實現(xiàn)。國外發(fā)達國家?guī)缀跛衅髽I(yè)都采用了DCS系統(tǒng)或其它智能化設(shè)備來實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，并在此基礎(chǔ)上通過實施先進控制與優(yōu)化較大的提升了系統(tǒng)的性能。可以說，高性能控制系統(tǒng)，尤其是DCS系統(tǒng)的普及為先進控制的應(yīng)用提供了強有力的硬件和軟件平臺。國外從70年代末就開始了先進控制技術(shù)商品化軟件的開發(fā)及應(yīng)用，并在DCS的基礎(chǔ)上實現(xiàn)先進控制和優(yōu)化。如愛默生公司的DeltaV和Honeywell公司的TDC3000,其先進控制軟件RMPGT和RPID等在現(xiàn)場的實際應(yīng)用都集中在自己的DCS系統(tǒng)上。傳統(tǒng)的PLC由于不支持浮點運算以及先進控制所必須的精確的時間，因此，除了模糊邏輯控制外，其他的先進控制并沒有在PLG平臺上實現(xiàn)。然而，在過程工業(yè)中大多系統(tǒng)使用先進靈活的PLC控制系統(tǒng)，因此1996年Barnes提出了一種基于PC-PLC通訊的混合方式，通過控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)計算機與PLG的通訊，從而實現(xiàn)先進控制。
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4、論文提綱。
第一章前言
1. I論文研究的目的和意義
1. 2論文研究的主要內(nèi)容及工作簡述
1. 3國內(nèi)外文獻綜述
I. 3. 1先進控制的發(fā)展及現(xiàn)狀
1 .3 . 2 PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用
1.3 . 3 PLC基本控制方法
1. 3. 4 PLC模糊控制器
I. 3. 5 PLC預(yù)測控制算法
第二章SIMATIC S7-300 PLC及STEP7系統(tǒng)
2.1 SIMATIC 57-300 PLC系統(tǒng)
2.1.1 S7-300 PLC
2.1.2 S7-300 PLC控制系統(tǒng)
2.2 STEP7系統(tǒng)
2.2.1 STEP7功能及結(jié)構(gòu)
2.2.2組態(tài)環(huán)境及編程語言
2.2.3基本控制算法的實現(xiàn)二
第三章PLC模糊控制器的研究與實現(xiàn)
3.1模糊控制算法與系統(tǒng)
3.1.1模糊控制理論
3.1.2模糊控制系統(tǒng)
3.1.2.1模糊控制器的組成
3.1.2.2模糊控制算法
3.1.2.3模糊控制器的結(jié)構(gòu)
3.2 PLC模糊控制器設(shè)計
3.2.1 PLC模糊控制器結(jié)構(gòu)
3.2.2模糊控制器離線部分設(shè)計
3.2.2.1模糊控制器離線部分算法設(shè)計內(nèi)容
3.2.2.2基于MATLAB模糊邏輯工具箱的設(shè)計
3.2.3 STEP7實現(xiàn)模糊控制器設(shè)計
3.2.3.1模糊算法流程圖
3.2.3.2模糊算法的功能塊
3.2.4 PLC模糊控制器的仿真驗證
3.2.4.1仿真系統(tǒng)的建立
3.2.4.2仿真結(jié)果驗證
第四章PLC預(yù)測控制器的研究與實現(xiàn)
4.1廣義預(yù)測控制算法
4.1.1單值廣義預(yù)測控制
4.1.2單值廣義預(yù)測控制律計算
4.2 PLC單值廣義預(yù)測控制器的設(shè)計與實現(xiàn)
4.2.1單值廣義預(yù)測算法的實現(xiàn)步驟
4.2.2單值廣義預(yù)測控制器的設(shè)計
4.3單值廣義預(yù)測控制器的仿真驗證
4.3.1仿真模型的建立
4.3.2仿真結(jié)果分析比較
第五章基于PLC的空調(diào)性能檢測實驗室計算機控制系統(tǒng)
5.1工藝流程與控制方案
5.1.1工藝過程簡述
5.1.2控制要求
5.1.3控制方案設(shè)計
5.2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置
5.3監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計
5.4 57-300 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計
5.4.1硬件系統(tǒng)組態(tài)
5.4.2 PLC控制程序設(shè)計
5、論文的理論依據(jù)、研究方法、研究內(nèi)容。
目前，PLC的應(yīng)用十分廣泛，涉及到過程控制的方方面面。但在控制策略上，它依然沿用傳統(tǒng)的PID控制。許多PLC開發(fā)商把PID算法做成模塊，固化在PLC中。
但從長遠角度看，對于一些復(fù)雜的控制系統(tǒng)，PID很難滿足控制要求，這就需要把先進的控制算法嵌入到PLC的設(shè)計中。本課題以此為主要研究內(nèi)容。
工業(yè)過程的復(fù)雜性以及對于控制日益提高的要求，各種先進控制算法越來越多地深入到控制領(lǐng)域，但由于PLC的編程目前還限于低級語言(如梯形圖)，所以，給在PLC上實現(xiàn)先進控制算法帶來了困難。SIEMENS在PLC的編程系統(tǒng)STEP7中提供了比較豐富的功能模塊，因此，本課題首先是通過對控制算法的研究與改進和對STEP?功能的開發(fā)，使先進控制策略在S7-300 PLC上得以較好的實現(xiàn)。本論文重點研究基于PLC的模糊控制器的實現(xiàn)，這一領(lǐng)域目前研究的比較多，因此在總結(jié)前人研究方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計出一個基于PLC的通用的模糊控制器，并使其固化在STEP7軟件中。此外，對于PLC預(yù)測控制雖已有一些研究，但都僅限于理論方面，尚未給出PLC上實現(xiàn)的實例。本課題也想在此方面有所創(chuàng)新，開發(fā)出基于PLC的預(yù)測控制實現(xiàn)技術(shù)。
本論文第一章簡要介紹了課題的來源背景、主要內(nèi)容、目的意義以及國外相關(guān)工作的研究狀況等。
第二章介紹了SIMATIC S7-300 PLC的主要特點，系統(tǒng)組成及控制系統(tǒng)的配置與實現(xiàn)，同時介紹了STEP?軟件的功能及結(jié)構(gòu)，組態(tài)環(huán)境，以及一些基本算法的實現(xiàn)方法。
第三章重點闡述了模糊控制的基本理論、模糊控制算法、模糊控制器的結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法。提出了基于PLC的模糊控制器的實現(xiàn)方法，即采用MATLAB離線設(shè)計，PLC在線查詢的方式。給出了STEP?實現(xiàn)模糊算法的流程圖及部分程序。
最后建立一個過程仿真系統(tǒng)，對PLC模糊控制器進行仿真驗證。
第四章介紹了預(yù)測控制的基本理論，重點闡述了廣義預(yù)測控制算法，并結(jié)合PLC的特點，提出了基于PLC的單值廣義預(yù)測控制器的設(shè)計方法，給出了STEP7實現(xiàn)單值廣義預(yù)測算法的步驟與流程圖。最后建立一個二階大滯后的對象模型，構(gòu)成仿真控制系統(tǒng)，與PID控制進行比較分析，驗證PLC預(yù)測控制器的有效性。
第五章是作者在研究生期間參加的某空調(diào)性能檢測實驗室基于PLC實現(xiàn)的計算機控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)控制方案的設(shè)計、系統(tǒng)配置和硬件構(gòu)成、監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計等幾個方面分別進行了詳細的論述。
第六章結(jié)論與體會，總結(jié)自己在課題研究和項目研究的過程中的一些體會和心得，分析了工作中的不足，提出了以后工作的注意事項，改進方法。
6、研究條件和可能存在的問題。
I.盡快建立樣板工程，把己經(jīng)取得的研究成果應(yīng)用到工程實際過程中，通過實踐檢驗，發(fā)現(xiàn)問題以便不斷改進和提高。
2. PLC預(yù)測控制器目前只應(yīng)用了簡單的單值廣義預(yù)測算法，有其自身的局限性，如控制精度不高。目前，應(yīng)用較為成熟的是MPC算法，因此可以把PLC-MPC控制器作為今后研究的一個重點。
3.對于PLC模糊控制器的改進，主要是在算法上，為了提高控制效果，單純的模糊算法是不足的，改進型模糊算法如模糊PID可以改善控制器性能，因此可以開發(fā)PLC模糊PID控制器。
4.進一步挖掘STEP?軟件的功能，開發(fā)過程對象仿真模塊，給出基于PLC建立仿真系統(tǒng)的方法和步驟，為工業(yè)實阮應(yīng)用縮短調(diào)試時間，保證系統(tǒng)的可靠性。
7、預(yù)期的結(jié)果。
1.通過對先進控制各種算法的分析比較，對先進控制理論有了進一步認(rèn)識，從中學(xué)到了不少解決問題的方法，理解了傳統(tǒng)控制方法與先進控制方法的區(qū)別。
2.基于PLC實現(xiàn)先進控制與基于PC實現(xiàn)先進控制相比較，最重要的一個優(yōu)勢在于PLC實現(xiàn)先進控制不需要通訊協(xié)議，而基于PC實現(xiàn)先進控制，在系統(tǒng)設(shè)計和運行之前必須正確的配置PC與PLC之間的通訊協(xié)議，因此可以降低系統(tǒng)得開發(fā)時間。其次，在系統(tǒng)運行時，在下位機上完成先進控制算法比在上位機完成更具有實時性。在可靠性方面，由于基于PC實現(xiàn)先進控制，現(xiàn)場的數(shù)據(jù)和信號要經(jīng)過通訊傳給上位機，這難免會出現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失和信號的誤差，從而使系統(tǒng)的控制精度下降，而基于PLC實現(xiàn)先進控制避免了這類現(xiàn)象的發(fā)生。
3.西門子57-300 PLC功能強、處理速度快、模塊化結(jié)構(gòu)易于擴展，被廣泛的應(yīng)用于自動化控制系統(tǒng)中;其相應(yīng)開發(fā)軟件STEP7采用模塊化編程方法，提供多種編程語言，豐富的功能模塊，能實現(xiàn)較為復(fù)雜的功能和算法。因此二者結(jié)合 起來，為先進控制的設(shè)計與開發(fā)提供了很好的軟硬件平臺。
4. PLC模糊控制器采用MTALAB離線設(shè)計和PLC在線查表的方法，把復(fù)雜的模糊推理過程交給計算機離線完成，得到模糊控制量查詢表供PLC在線調(diào)用。此方法將復(fù)雜瑣碎的模糊控制系統(tǒng)的開發(fā)工作變得簡單明了，大大縮短了開發(fā)周期，同時也提高的PLC控制的實時性，是目前被廣泛采用且效果良好的PLC模糊控制器的設(shè)計方法。
5. PLC單值廣義預(yù)測控制器采用簡單實用的單值廣義預(yù)測控制算法，它需要調(diào)整參數(shù)少、在線計算時間短，可適用于PLC類控制采樣周期較短的快速動態(tài)過程系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明：PLC單值廣義預(yù)測控制器保持了預(yù)測控制的性能，控制效果較PID控制有很大改善，同時具有計算量小，響應(yīng)迅速的優(yōu)點。
8、論文寫作進度安排。
20XX.05-20XX.06 開論文會議
20XX.06-20XX.07 確定論文題目
20XX.07-20XX.02 提交開題報告初稿
20XX.02-20XX.06 提交論文初稿
測控技術(shù)論文范文第4篇
關(guān)鍵詞：多相電機 直接轉(zhuǎn)矩控制 預(yù)測控制 多相SVPWM
前 言
與傳統(tǒng)的三相電機變頻調(diào)速系統(tǒng)相比，多相系統(tǒng)[1，2]擁有諸多優(yōu)勢：能夠?qū)崿F(xiàn)低壓大功率、擁有更多的控制自由度、更強的容錯運行能力和更小的轉(zhuǎn)矩脈動等。由于上述優(yōu)點以及大功率傳動領(lǐng)域的旺盛需求，多相調(diào)速系統(tǒng)成為學(xué)術(shù)界和工程界的研究熱點。目前高精度多相調(diào)速系統(tǒng)控制策略主要有矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，其中矢量控制對參數(shù)的依賴性比較大，而直接轉(zhuǎn)矩控制具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)快，以及魯棒性好等優(yōu)點，因此得到越來越多的研究。
基于開關(guān)表的直接轉(zhuǎn)矩控制[3]策略通過滯環(huán)方式，粗略地控制磁鏈大小和轉(zhuǎn)矩變化方向，而不能精確地控制其變化量，會導(dǎo)致調(diào)速系統(tǒng)低速運行性能較差并且穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩脈動較大，特別是在多相電機中，注入的電壓諧波映射到其他平面，進而產(chǎn)生諧波電流，對電機產(chǎn)生不利影響。而基于多相SVPWM的轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制策略[4]，可以通過相關(guān)算法得到所需要的理想電壓矢量，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩差值和磁鏈差值的精確控制。基于SVPWM的轉(zhuǎn)矩預(yù)測方法將磁鏈差值和轉(zhuǎn)矩差值經(jīng)過兩個PI調(diào)節(jié)器，得到相應(yīng)平面的電壓矢量。以5相感應(yīng)電機為例，可以分為基波平面和3次諧波平面，通過上述方法可以很方便實現(xiàn)對任何一個平面電壓矢量的控制，進而可以有效抑制定子電流諧波，并且能夠應(yīng)用非正弦供電技術(shù)。
1、基于SVPWM的轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制方法
相關(guān)文獻已經(jīng)對傳統(tǒng)3相電機基于SVPWM[的轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制方法進行了相關(guān)介紹與研究[3-4]。本文將其擴展到5相電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中。為方便分析，將電機定轉(zhuǎn)子電壓方程表示為如下形式：
（1）
其中， ， 。將式（1）在 坐標(biāo)系展開可得：
（2）
為簡化上述表達式，將式（2）等式右邊的表達式分別記為 和 ：
（3）
圖1 基于SVPWM的轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制框圖
由于實際控制系統(tǒng)是基于數(shù)字控制實現(xiàn)算法，需要對上述連續(xù)系統(tǒng)表達式進行離散化，圖1為基于SVPWM的轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制方法的原理框圖。假定系統(tǒng)的中斷采樣周期為 ，磁鏈差值和轉(zhuǎn)矩差值分別為 和 ，則式（3）可以改寫為：
（4）
從而可以得到 和 的差分方程：
（5）
以 和 作為基波平面的電壓參考矢量，即 。然后利用多相SVPWM技術(shù)合成參考電壓矢量，即可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩和磁鏈差的精確補償。
2、實驗結(jié)果
為了驗證上述理論，構(gòu)建了一套具有TMS320F2812為核心的5相感應(yīng)電機變頻調(diào)速系統(tǒng)，并給出了基于SVPWM轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制策略的實驗結(jié)果，如圖2所示。5相異步電機參數(shù)為：極對數(shù) ，額定電壓為200V，額定電流為10A，額定轉(zhuǎn)速為970r/min，額定轉(zhuǎn)矩為100N，定子電阻 ，電感參數(shù) ， 。
圖2 基于SVPWM的轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制實驗波形
上述實驗結(jié)果表明基于SVPWM的轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制策略對3次諧波電流有較好的抑制作用，改善定子波形，并有效減少定子銅耗和轉(zhuǎn)矩脈動。
3、總結(jié)
仿真和實驗結(jié)果中可以看出：
（I）與傳統(tǒng)的開關(guān)表直接轉(zhuǎn)矩控制相比，基于SVPWM轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制策略能有效控制電壓矢量，繼而有效控制定子電流。對多相電機來說，并不是所有諧波都是對電機有利的；不合理注入諧波會給電機帶來擾動與額外損耗，進而影響電機總體效率和運行性能。
（II）SVPWM轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制策略具有良好的穩(wěn)定性能，穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)矩波動較小。電機加載時，電流沖擊也不大，說明該控制策略下的系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性和抗干擾能力。
（III） SVPWM轉(zhuǎn)矩預(yù)測控制策略沒有采用傳統(tǒng)DTC的bang-bang控制方式，在動態(tài)性能會有所減弱，這也是該方法的不足之處。這就需要根據(jù)實際應(yīng)用工況進行合理選擇。
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測控技術(shù)論文范文第5篇
關(guān)鍵詞 創(chuàng)新性實驗計劃 測控技術(shù)與儀器 人才培養(yǎng)模式
中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A
1 創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要意義
曾在全國科學(xué)技術(shù)大會上指出：“把增強自主創(chuàng)新能力作為國家戰(zhàn)略，貫穿到現(xiàn)代化建設(shè)各個方面，激發(fā)全民族創(chuàng)新精神，培養(yǎng)高水平創(chuàng)新人才，形成有利于自主創(chuàng)新的體制機制，大力推進理論創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、科技創(chuàng)新，不斷鞏固和發(fā)展中國特色社會主義偉大事業(yè)。”國內(nèi)各高校也都將創(chuàng)新型人才培養(yǎng)作為己任，不斷推進教學(xué)改革，采取一系列的措施改進創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系，提高創(chuàng)新型人才培養(yǎng)質(zhì)量。很多高校借鑒了一些國外高校的做法，在教學(xué)活動設(shè)計上進行改革，逐漸從側(cè)重書本知識和理論教育，實驗教學(xué)較少，在實驗過程中學(xué)生的參與和師生間、學(xué)生間的互動不多的模式向強調(diào)對學(xué)生獨立思考、自主設(shè)計及實踐能力的培養(yǎng)，特別是和測控技術(shù)相關(guān)的一些課程，更是如此。
2 創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式
創(chuàng)新型人才培養(yǎng)不局限在培養(yǎng)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，因此高度強化實踐環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真完成實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和工程素質(zhì)。實踐教學(xué)環(huán)節(jié)分成三個層次：課內(nèi)實驗、獨立實踐、開放性實踐。
我們建立的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式貫穿人才培養(yǎng)的全過程，通過采取開展暑期夏令營，建立課外興趣小組，在本科生中開展測控技術(shù)與儀器學(xué)科前沿講座，開設(shè)創(chuàng)新性設(shè)計課程，開設(shè)網(wǎng)上科技論壇搭建師生交流平臺等措施，從大一開始就進行創(chuàng)新型人才培養(yǎng)與訓(xùn)練，建立了大二打基礎(chǔ)，大三做實戰(zhàn)，大四帶大三參加科技競賽獲獎的基本模式，將畢業(yè)設(shè)計與競賽無縫銜接，本科生在省部級以上科技競賽的獲獎比例達全部學(xué)生人數(shù)的50%以上。最重要和最有效的一個方法是啟動了大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃，通過一定的資助鼓勵同學(xué)參加教師的科研活動，系統(tǒng)地對學(xué)生進行綜合素質(zhì)教育、專業(yè)意識教育和創(chuàng)新思維教育，使得學(xué)生在創(chuàng)新思維、研究方法、創(chuàng)業(yè)能力等各個方面均取得優(yōu)異成績。
3 創(chuàng)新性實驗計劃的實施
在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式中，大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃占有重要位置，發(fā)揮重要的引領(lǐng)作用。通過國家級、校級、院級大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃的申報與實施，調(diào)動全體教師和同學(xué)的積極性，以適當(dāng)?shù)馁Y助和提供學(xué)分的方式，激勵學(xué)生參加教師的科研活動，進行獨立的創(chuàng)新性設(shè)計，從而能快速有效地培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。
下面以創(chuàng)新性實驗計劃“三維精密運動平臺運動誤差檢測與補償”為例，介紹其在測控技術(shù)與儀器專業(yè)的人才培養(yǎng)中的作用和具體實施。三維精密運動平臺在精密機床、微操作機器人、精密儀器儀表等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，而由于運動機構(gòu)的制造和裝配的不完善，不可避免地會使運動平臺的實際位移偏離它的名義值，這一誤差常稱為運動誤差，比如直線度運動誤差、角度運動誤差、垂直度誤差等，勢必會對機床、機器人等執(zhí)行機構(gòu)的運動精度帶來影響，如果執(zhí)行機構(gòu)是測量系統(tǒng)的一部分（如跟蹤式測量），則必然會對測量結(jié)果的不確定帶來影響。本項目以精密加工、精密裝配的應(yīng)用為背景，作為指導(dǎo)教師科研課題的一個子課題，通過對激光干涉測量技術(shù)、工業(yè)機器人運動學(xué)模型的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，將測控技術(shù)與儀器的專業(yè)課，包括傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)、誤差理論、測控電路、運動控制技術(shù)、精密機械設(shè)計、C語言程序設(shè)計、自動控制理論等的集光學(xué)、機械、電子、計算機各方面知識于一體，進行全面的綜合運用。精密運動平臺的控制原理結(jié)構(gòu)如圖1所示，把給定位移的值分成名義值和需補償?shù)牧浚衙x值傳輸?shù)胶陝悠脚_的控制上，通過運動控制卡轉(zhuǎn)為脈沖信號，步進電機驅(qū)動器把脈沖信號轉(zhuǎn)化成角位移，控制步進電機驅(qū)動宏動平臺；將需補償?shù)牧總鬏數(shù)轿悠脚_控制上，通過壓電陶瓷控制器驅(qū)動微動平臺，宏動平臺與微動平臺配合運動，實現(xiàn)了高精度的運動控制。
由于創(chuàng)新性計劃的啟動是在大二下學(xué)期開始，很多專業(yè)課程還沒有學(xué)到，為此就選拔一部分學(xué)有余力，對科研充滿濃厚興趣的同學(xué)進行培養(yǎng)，組織申報，采取導(dǎo)師負(fù)責(zé)制，從項目申報、方案制定到具體實施，都有導(dǎo)師嚴(yán)格把關(guān)，并接受學(xué)院督導(dǎo)組的定期檢查。項目組成員在申報初期對課題的準(zhǔn)備就比較充分，理解有一定深度。針對三維精密運動平臺的各運動誤差分量，直線度運動誤差、角度運動誤差、垂直度誤差，提出了相應(yīng)的檢測手段和補償措施。在實施過程中，借助先進的實驗條件，采用激光干涉儀進行誤差測量，搭建合理的光路系統(tǒng)，減少雜散光的影響，以及環(huán)境因素波動對激光波長的影響，測量精度可達0.01微米，精度高；通過測量得到的三維平臺的運動誤差，建立運動機構(gòu)的位置與誤差關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，在實際運動的控制過程中，將三維微動平臺與宏動平臺有機結(jié)合起來，進行在線誤差修正與補償；在誤差補償前后，對三維運動平臺的運動精度進行標(biāo)定和比對，驗證誤差補償效果，完成項目的預(yù)期研究成果。在這個過程中，學(xué)生得到了全面的鍛煉，掌握了測控技術(shù)與儀器領(lǐng)域的先進技術(shù)和進行科學(xué)研究工作的一般方法，提高了專業(yè)知識的應(yīng)用能力，培育了一定的創(chuàng)新能力，具備了科技資料檢索、科技論文撰寫的技巧，并發(fā)表多篇科技論文，完成高水平的創(chuàng)新性實驗研究報告。
4 結(jié)語
創(chuàng)新性實驗計劃在人才培養(yǎng)中占有十分重要的位置，起到引領(lǐng)作用。通過設(shè)立大學(xué)生創(chuàng)新實驗計劃，并有效地組織實施，對于提高學(xué)生進行創(chuàng)新性探索的積極性和主動性，培養(yǎng)一定的科學(xué)研究能力和創(chuàng)新能力，產(chǎn)生高水平的本科生的科學(xué)研究成果都具有重要的意義。我校近三年的學(xué)生考研率逐年遞增，就業(yè)能力顯著提升，科技競賽獲獎能力與水平不斷增強，都證明了我們的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的教學(xué)效果十分好。
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