基于WinCE 的控制系统优化整定仪的设计与开发

中文摘要:

  基于WinCE 嵌入式操作系统的控制系统优化整定仪是一种用于整定工业控制系统控制器参数的便携式仪器。本文主 要介绍了该装置的工作原理和主要技术性能, 具体介绍其硬件及软件的设计与开发。

英文摘要：

  The optimizing and tuning instrument for control systems based on WinCE embedded operation system is a portable tuning tool used for controllers. The operational principle and main technical performance of the instrument are introduced. Development and design of the hardware and software are introduced concretely.

1　引　　言
     在工业过程控制中, 比例积分微分(PID) 控制算 法以其鲁棒性较好、易于实现和被工程技术人员熟悉 掌握等特点, 至今仍被工程控制界所广泛采用。然而, PID 控制器参数的选择或整定一直是尚未很好解决的 一个难题。这主要有以下几方面原因: 一是在工业环境 下, 较难获得对被控过程进行精确的数学描述。由于工 业噪声的复杂性, 最小二乘类参数辨识方法的应用受 到很大的限制。在工程实际中, 技术人员仍主要采用频 域法或作图法求取对象的数学模型。二是现有的PID 控制系统设计方法大多只考虑对低阶对象模型、单回 路控制系统或一个PID 控制器的设计和整定, 而对于 高阶对象模型、多回路或多个控制器的控制系统的整 定往往十分复杂和繁琐, 很难被工程技术人员掌握和 使用[ 1 ]。三是还没有作为现场工程技术人员实际使用 的集现代控制系统设计方法与计算机技术为一体的控 制系统优化整定装置, PID 控制系统的实际整定仍主 要采用工程设计法(如Ziegle-Nichols 法) [ 2 ]、经验法及 试凑法等。这不仅要花费大量的投试和整定时间, 并且 很难获得最佳的控制效果。 WinCE 是微软推出的嵌入式实时多任务操作系 统, 它延伸了台式机Windows 操作系统的外部特征, 在内部用嵌入式实时操作系统的技术来实现Win32 API 的子集, 以简捷、高效的完全抢占式多任务为核 心, 支持强大的通讯和图形显示功能, 为嵌入式软件及 便携式仪表的开发提供了一个标准的平台[ 3 ]。 本文主要基于WinCE 嵌入式操作系统对控制系 统优化整定仪这种便携式仪器进行设计与开发, 实现 工业控制系统控制器参数的优化整定, 介绍了该装置 的工作原理和主要技术性能。
3　软件设计
     该仪器的软件部分包括WinCE 操作系统的 定制和功能模块的开发。软件的各功能块均可单独使 用, 但它们都是围绕PID 控制系统优化整定这一中心 任务而设计的。
311　WinCE 操作系统的定制
     Platform Builder 是开发基于WinCE 嵌入 式操作系统的开发工具, 提供了将定制的操作系统下 载到目标平台的所有工具。本文利用WinCE. net 的Platform Builder 4. 0 对WinCE 操作系统进 行定制, 删除其中不需要的功能块, 精简组件, 使系统 占用更少的内存。