魯亮　周本權(quán)

摘 要： 針對飛行器使用全壽命過程熱載荷模擬試驗(yàn)的要求，設(shè)計了一套溫度試驗(yàn)系統(tǒng)，利用DDE技術(shù)實(shí)現(xiàn)了快溫變條件下溫度控制參數(shù)的自整定功能。該系統(tǒng)可為飛行器全壽命期相關(guān)熱設(shè)計提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞： DDE技術(shù)； 自整定控制； 溫度試驗(yàn)； 組態(tài)技術(shù)

中圖分類號： TN06?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）09?0090?03

0 引 言

飛行器升空過程中，氣動摩擦將導(dǎo)致飛行器外殼體表面溫度迅速升高[1?2]。為了準(zhǔn)確模擬飛行器使用全壽命過程中的熱載荷歷程，有必要進(jìn)行快溫變熱模擬試驗(yàn)技術(shù)的研究工作。

組態(tài)軟件畫面開發(fā)系統(tǒng)強(qiáng)大，支持大量國內(nèi)外智能溫控儀表驅(qū)動，目前被廣泛地應(yīng)用于溫度試驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計中。然而，單純應(yīng)用監(jiān)組態(tài)軟件較難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜溫度控制算法；DDE（Dynamic Data Exchange，動態(tài)數(shù)據(jù)交換）技術(shù)是建立在Windows內(nèi)部消息系統(tǒng)的，與語言無關(guān)的數(shù)據(jù)交換協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)動態(tài)交換[3?5]。本文設(shè)計了一套快溫變熱加載溫度試驗(yàn)系統(tǒng)，利用DDE技術(shù)將組態(tài)軟件中的溫度參數(shù)傳至編程軟件，經(jīng)復(fù)雜溫控算法處理后傳回，實(shí)現(xiàn)了溫度監(jiān)控系統(tǒng)的控制參數(shù)自整定調(diào)節(jié)功能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的自適應(yīng)能力，可為飛行器全壽命期相關(guān)熱設(shè)計提供技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。本溫度試驗(yàn)系統(tǒng)由上位機(jī)、智能溫控儀表及加熱輸出終端組成。

溫控儀表選用島電科技FP23型智能溫控儀，F(xiàn)P23實(shí)時采集試驗(yàn)件溫度數(shù)據(jù)，并通過485串口將數(shù)據(jù)傳遞至上位機(jī)，上位機(jī)監(jiān)控軟件通過DDE技術(shù)將動態(tài)實(shí)時溫度與設(shè)定值傳至溫控算法程序，溫控算法程序計算后，又通過DDE技術(shù)將溫控參數(shù)的計算結(jié)果交換至監(jiān)控軟件并傳至FP23，F(xiàn)P23適時調(diào)整溫控參數(shù)，控制加熱輸出[6]。

圖1 溫度試驗(yàn)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

2 自整定控制算法設(shè)計

溫度試驗(yàn)在變溫段SV是實(shí)時變化的，且溫度控制系統(tǒng)自身通常具有時滯、時變的特點(diǎn)，因此傳統(tǒng)PID控制并不適用，而模糊控制適用于時滯、時變、擾動的場合，但是在恒溫段容易產(chǎn)生一定誤差[7]?？紤]到溫控系統(tǒng)準(zhǔn)確性、加熱跟隨性、溫度過沖量等因素，本系統(tǒng)在傳統(tǒng)PID控制的基礎(chǔ)上，利用模糊控制的思想進(jìn)行了溫度控制算法的改進(jìn)設(shè)計。具體思路為：首先依據(jù)某溫度試驗(yàn)任務(wù)非線性熱加載條件，選取溫度特征點(diǎn)對試驗(yàn)件進(jìn)行溫度加載，利用切線法根據(jù)溫度階躍響應(yīng)結(jié)果，如圖2所示，構(gòu)建響應(yīng)溫度控制模型，并根據(jù)Z?N法分析快溫變系統(tǒng)控制模型隨溫度變化規(guī)律。

圖2 切線法求溫度控制特征參數(shù)

模糊控制的特點(diǎn)在于其論域的選擇，論域的范圍直接影響溫度控制水平[8]。本文依照模糊控制思想，設(shè)計自校正邏輯推理，以SV與PV的偏差值及偏差變化速率為輸入量，并根據(jù)溫控模型隨溫度變化規(guī)律，設(shè)定PID控制參數(shù)變化范圍，即達(dá)到了模糊控制論域的效果，且由于事先計算分析了特征溫度點(diǎn)溫控模型，使PID控制參數(shù)不會隨意發(fā)散，既提高了控制抗擾動、適應(yīng)性能力，又保證了溫度控制精度。PID自整定結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3 PID自整定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖

3 試驗(yàn)監(jiān)控軟件設(shè)計

3.1 監(jiān)控畫面設(shè)計

本溫度試驗(yàn)系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件選用三維力控組態(tài)軟件（ForceControl）實(shí)現(xiàn)，力控組態(tài)軟件可以很方便的制作溫度試驗(yàn)系統(tǒng)的監(jiān)控畫面，可實(shí)現(xiàn)溫度曲線的設(shè)置、加熱控制，溫度數(shù)據(jù)讀取、報警、事件處理等功能[9]。圖4為中國工程物理研究院總體所環(huán)境中心氣候組設(shè)計的一套六溫區(qū)溫度試驗(yàn)系統(tǒng)溫度監(jiān)控主界面。

3.2 力控組態(tài)中DDE的設(shè)置

當(dāng)力控作為客戶端訪問其他DDE服務(wù)器時，是將DDE服務(wù)器當(dāng)作一個I/O設(shè)備，并專門提供了一個DDE Client驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)與DDE服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換。在使用力控DDE Client驅(qū)動程序訪問其他DDE服務(wù)器前，首先要清楚DDE服務(wù)器的應(yīng)用程序名、主題名、項(xiàng)目名規(guī)范等基本信息。具體步驟如下：首先定義I/O設(shè)備；在下一步中，“服務(wù)名稱”指定為VB應(yīng)用程序名，本例為“T_test”；“主題名稱”指定為VB應(yīng)用程序窗體名稱，本例為“DDEServer”；在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫點(diǎn)TempPV、TempSV，并將數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)連接項(xiàng)中的DDE數(shù)據(jù)項(xiàng)分別指定為VB程序中實(shí)時溫度PV及溫度設(shè)定值SV接受名，如圖5所示。

圖4 六溫區(qū)溫度試驗(yàn)加熱系統(tǒng)主界面

圖5 力控組態(tài)中的DDE設(shè)置

3.3 VB中DDE的設(shè)置

VB應(yīng)用程序作為DDE服務(wù)器，在VB開發(fā)環(huán)境下設(shè)置如圖6所示，操作過程如下：

（1） 新建工程項(xiàng)目，將窗體更名為DDEServer：其他不需要做任何設(shè)置；

（2） 窗體DDEServer的設(shè)置如圖6所示。其中：LinkMode：1?Source（表示程序作為服務(wù)端）LinkTopic：窗體的名字（即DDEServer）；

（3） 力控組態(tài)軟件中的TemplePV及TempSV即與VB中實(shí)時溫度變量PV及溫度設(shè)定變量SV構(gòu)成動態(tài)數(shù)據(jù)連接。

在VB程序中實(shí)現(xiàn)本文溫度控制算法，即可實(shí)時計算出溫控參數(shù)PID的值，實(shí)現(xiàn)溫度的自整定控制[9]。

圖6 VB中的DDE設(shè)置

4 結(jié) 語

在某產(chǎn)品溫度試驗(yàn)中，要求對試驗(yàn)件進(jìn)行響應(yīng)溫度5 ℃/min升溫考核，升溫過程中溫度偏差不超過3℃。使用本溫度試驗(yàn)系統(tǒng)完成了此次試驗(yàn)任務(wù)，溫度偏差小于0.6 ℃，很好的滿足了溫控要求。本系統(tǒng)利用組態(tài)軟件強(qiáng)大人機(jī)界面交互功能，結(jié)合VB語言程序設(shè)計的靈活性實(shí)現(xiàn)了溫度控制參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，具有較強(qiáng)的工程實(shí)際應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔣持平，柴慧，嚴(yán)鵬.近空間高超聲速飛行器防熱隔熱與熱力耦合研究進(jìn)展[J].力學(xué)與實(shí)踐，2011（1）：1?9.

[2] 黃偉，羅世彬，王振國.臨近空間高超聲速飛行器關(guān)鍵技術(shù)及展望[J].宇航學(xué)報，2010（5）：1259?1265.

[3] 趙明生，李愛梅.DDE技術(shù)及其在先進(jìn)控制技術(shù)中的應(yīng)用[J].計算機(jī)工程與設(shè)計，2005（9）：2546?2549.

[4] 肖凡，方艷麗.基于DDE機(jī)理的Matlab與InTouch通信技術(shù)在加熱爐溫度控制上的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2007（9）：80?81.

[5] 胡錦暉，胡大斌.基于DDE技術(shù)的監(jiān)控軟件及其實(shí)現(xiàn)[J].微計算機(jī)信息，2004（11）：70?71.

[6] 任巍，杜運(yùn)峰.基于組態(tài)王環(huán)境雙機(jī)冗余控制系統(tǒng)的研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2006（2）：209?210.

[7] 鄒恩.基于模糊控制規(guī)則自修正算法的熱處理爐系統(tǒng)[J].湖南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2002（z2）：25?27.

[8] 曹宗嶺.基于模糊控制算法的爐溫實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)[D].沈陽：沈陽航空航天大學(xué)，2011.

[9] 王文強(qiáng).基于PLC與力控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)的溫度控制系統(tǒng)[J].化學(xué)工程與裝備，2009（12）：82?86.

[10] 史延齡.基于VB 6.0和DDE的組態(tài)王與智能儀表的通信研究[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2011（4）：80?81.

[11] 霍佳皓，李洪祚.半導(dǎo)體激光器溫度控制電路設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（20）：153?155.

[12] 羅樂，笪賢進(jìn).基于遺傳算法的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（18）：16?18.

圖6 VB中的DDE設(shè)置

4 結(jié) 語

在某產(chǎn)品溫度試驗(yàn)中，要求對試驗(yàn)件進(jìn)行響應(yīng)溫度5 ℃/min升溫考核，升溫過程中溫度偏差不超過3℃。使用本溫度試驗(yàn)系統(tǒng)完成了此次試驗(yàn)任務(wù)，溫度偏差小于0.6 ℃，很好的滿足了溫控要求。本系統(tǒng)利用組態(tài)軟件強(qiáng)大人機(jī)界面交互功能，結(jié)合VB語言程序設(shè)計的靈活性實(shí)現(xiàn)了溫度控制參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，具有較強(qiáng)的工程實(shí)際應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔣持平，柴慧，嚴(yán)鵬.近空間高超聲速飛行器防熱隔熱與熱力耦合研究進(jìn)展[J].力學(xué)與實(shí)踐，2011（1）：1?9.

[2] 黃偉，羅世彬，王振國.臨近空間高超聲速飛行器關(guān)鍵技術(shù)及展望[J].宇航學(xué)報，2010（5）：1259?1265.

[3] 趙明生，李愛梅.DDE技術(shù)及其在先進(jìn)控制技術(shù)中的應(yīng)用[J].計算機(jī)工程與設(shè)計，2005（9）：2546?2549.

[4] 肖凡，方艷麗.基于DDE機(jī)理的Matlab與InTouch通信技術(shù)在加熱爐溫度控制上的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2007（9）：80?81.

[5] 胡錦暉，胡大斌.基于DDE技術(shù)的監(jiān)控軟件及其實(shí)現(xiàn)[J].微計算機(jī)信息，2004（11）：70?71.

[6] 任巍，杜運(yùn)峰.基于組態(tài)王環(huán)境雙機(jī)冗余控制系統(tǒng)的研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2006（2）：209?210.

[7] 鄒恩.基于模糊控制規(guī)則自修正算法的熱處理爐系統(tǒng)[J].湖南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2002（z2）：25?27.

[8] 曹宗嶺.基于模糊控制算法的爐溫實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)[D].沈陽：沈陽航空航天大學(xué)，2011.

[9] 王文強(qiáng).基于PLC與力控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)的溫度控制系統(tǒng)[J].化學(xué)工程與裝備，2009（12）：82?86.

[10] 史延齡.基于VB 6.0和DDE的組態(tài)王與智能儀表的通信研究[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2011（4）：80?81.

[11] 霍佳皓，李洪祚.半導(dǎo)體激光器溫度控制電路設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（20）：153?155.

[12] 羅樂，笪賢進(jìn).基于遺傳算法的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（18）：16?18.

圖6 VB中的DDE設(shè)置

4 結(jié) 語

在某產(chǎn)品溫度試驗(yàn)中，要求對試驗(yàn)件進(jìn)行響應(yīng)溫度5 ℃/min升溫考核，升溫過程中溫度偏差不超過3℃。使用本溫度試驗(yàn)系統(tǒng)完成了此次試驗(yàn)任務(wù)，溫度偏差小于0.6 ℃，很好的滿足了溫控要求。本系統(tǒng)利用組態(tài)軟件強(qiáng)大人機(jī)界面交互功能，結(jié)合VB語言程序設(shè)計的靈活性實(shí)現(xiàn)了溫度控制參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，具有較強(qiáng)的工程實(shí)際應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔣持平，柴慧，嚴(yán)鵬.近空間高超聲速飛行器防熱隔熱與熱力耦合研究進(jìn)展[J].力學(xué)與實(shí)踐，2011（1）：1?9.

[2] 黃偉，羅世彬，王振國.臨近空間高超聲速飛行器關(guān)鍵技術(shù)及展望[J].宇航學(xué)報，2010（5）：1259?1265.

[3] 趙明生，李愛梅.DDE技術(shù)及其在先進(jìn)控制技術(shù)中的應(yīng)用[J].計算機(jī)工程與設(shè)計，2005（9）：2546?2549.

[4] 肖凡，方艷麗.基于DDE機(jī)理的Matlab與InTouch通信技術(shù)在加熱爐溫度控制上的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2007（9）：80?81.

[5] 胡錦暉，胡大斌.基于DDE技術(shù)的監(jiān)控軟件及其實(shí)現(xiàn)[J].微計算機(jī)信息，2004（11）：70?71.

[6] 任巍，杜運(yùn)峰.基于組態(tài)王環(huán)境雙機(jī)冗余控制系統(tǒng)的研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2006（2）：209?210.

[7] 鄒恩.基于模糊控制規(guī)則自修正算法的熱處理爐系統(tǒng)[J].湖南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2002（z2）：25?27.

[8] 曹宗嶺.基于模糊控制算法的爐溫實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)[D].沈陽：沈陽航空航天大學(xué)，2011.

[9] 王文強(qiáng).基于PLC與力控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)的溫度控制系統(tǒng)[J].化學(xué)工程與裝備，2009（12）：82?86.

[10] 史延齡.基于VB 6.0和DDE的組態(tài)王與智能儀表的通信研究[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2011（4）：80?81.

[11] 霍佳皓，李洪祚.半導(dǎo)體激光器溫度控制電路設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（20）：153?155.

[12] 羅樂，笪賢進(jìn).基于遺傳算法的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（18）：16?18.