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基于LabWindows/CVI和MATLAB的数据采集与控制系统

作　者: 窦颖艳
导　师: 肖伸平
学　校: 湖南工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: matlab labwindows/cvi pid控制 模糊自整定
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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引　用: 1次
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内容摘要


MATLAB是当今流行的用于数值计算和图形显示的工程计算软件,但不能对硬件端口进行直接读写操作,缺乏实用性,使得工程上的应用受到了极大的限制。虚拟仪器开发环境LabWindows/CVI可以对I/O接口设备进行直接控制,通过MATLAB与LabWindows/CVI的软接口,可实现在MATLAB环境下对硬件端口信息的读写。本文采用自制采集卡,以LabWindows/CVI作为软件开发平台,开发了一款基于MATLAB的数据采集与控制系统。该系统可以高精度、低成本的完成数据的实时采集。本文详细地阐述了数据采集与控制系统的硬件组成、软件设计及相关接口电路。在软件设计中,PC端应用程序在LabWindows/CVI下开发,以MATLAB软件为仿真后台完成控制系统的仿真实验,通过LabWindows/CVI对USB接口的支持来控制下位机驱动实际对象完成控制系统的实时控制实验。在硬件电路设计中,采用美国TI公司高速模数转换器(ADC)TLC1543和数模转换器(DAC)TLV5617实现高速数据采集与控制输出,采用ATMEL公司单片机AT89S52和USB接口器件PDIUSBD12实现与计算机的高速数据传送。以炉温控制系统为研究对象,将PID控制技术与模糊控制技术相结合,采用基于智能控制理论的模糊自整定PID控制算法,实现了PID参数的在线自整定,与常规PID控制算法相比,该算法具有调节时间短、过渡过程平稳、抗干扰性能好等优点。本文所采用的PID参数模糊自整定算法,为以后更高性能的此类算法的开发提供了一条可行途径,数据采集与控制系统电路的设计和控制程序的开发,对其它同类产品的开发也具有一定的参考价值。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 课题的研究背景  10-11
  1.2 国内外的发展及现状  11-15
    1.2.1 数据采集系统的历史与发展  11-12
    1.2.2 虚拟仪器的发展现状  12-14
    1.2.3 模糊PID 控制的国内外发展现状  14-15
  1.3 论文主要研究内容  15-17
第二章 MATLAB 控制设计方法简介  17-20
  2.1 MATLAB 数据存取工具箱简介  17-18
  2.2 计算机并行接口在MATLAB 中的应用  18
  2.3 计算机声卡在MATLAB 中的使用  18
  2.4 基于MATLAB 的数据采集卡设计方法  18-20
第三章 数据采集和控制系统的硬件设计  20-33
  3.1 系统构成  20
  3.2 硬件电路的芯片选用及接口电路  20-29
    3.2.1 USB 芯片的选择  21
    3.2.2 单片机选型  21-22
    3.2.3 串行AD 转换器TLC1543 原理及应用  22-23
    3.2.4 热电偶接口芯片MAX6675 的原理及应用  23-25
    3.2.5 D/A 转换器TLC5617 简介  25-27
    3.2.6 可控硅功率控制电路  27-29
  3.3 USB 外设控制接口芯片PDIUSBD12  29-31
    3.3.1 D12 器件的主要特性  29-30
    3.3.2 D12 的接口电路  30-31
  3.4 硬件抗干扰措施[31]  31-33
    3.4.1 干扰的来源与抑制方法  31
    3.4.2 电源抗干扰措施  31-32
    3.4.3 PCB 板布线抗干扰技术  32-33
第四章 软件设计与实现  33-41
  4.1 实时监控工具的底层固件开发  33-36
  4.2 USB 接口的驱动设计  36-38
    4.2.1 WDM 驱动程序介绍  36-38
    4.2.2 USB 驱动程序设计  38
  4.3 与LabWindows/CVI 链接的DLL 设计  38-41
    4.3.1 动态链接库  38-39
    4.3.2 DLL 的编制与调用  39-41
第五章 系统控制算法研究  41-54
  5.1 PID 控制器方案  41-44
    5.1.1 常规PID 控制及其缺点  41-42
    5.1.2 改进的PID 算法  42-44
  5.2 模糊控制方案  44-49
    5.2.1 模糊控制理论研究概况  44-47
    5.2.2 模糊控制器的设计  47-49
  5.3 模糊自整定PID 控制方案  49-54
第六章 基于LabWindows/CVI 的监控和测试平台的开发  54-71
  6.1 虚拟仪器概述  54-55
    6.1.1 虚拟仪器的基本概念  54
    6.1.2 虚拟仪器的构成和组成特点  54-55
  6.2 虚拟仪器开发语言LabWindows/CVI 简介  55-57
    6.2.1 LabWindows/CVI 的主要特点  56
    6.2.2 采用LabWindows/CVI 设计虚拟仪器的步骤与方法  56-57
  6.3 LabWindows/CVI 与MATLAB 的接口原理与方法  57-61
    6.3.1 实现LabWindows/CVI 与MATLAB 软接口的方法  57-58
    6.3.2 通过ActiveX 技术实现LabWindows/CVI 与MATLAB 的软接口  58-61
  6.4 炉温度控制系统用户界面设计  61-71
    6.4.1 炉温控制系统介绍  61
    6.4.2 MATLAB 仿真  61-67
    6.4.3 控制算法程序  67-68
    6.4.4 炉温控制系统的界面及功能  68-71
第七章 结论与展望  71-73
  7.1 结论  71
  7.2 展望  71-73
参考文献  73-76
附录A 数据采集板的原理图  76-77
附录B 数据采集板实物图  77-78
附录C 可控硅功率控制电路  78-79
附录D 攻读学位期间的主要学术成果  79-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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