分布式温度测控系统的半实物仿真研究毕业论文.doc

分类号密级UDC本 科 毕 业 论 文基于*的研究学生学号80222指导教师指导教师院、系、中心 工程学院自动化与测控系专业年级 2010级自动化 论文答辩日期 2014年6月 3日 中 国 海 洋 大 学26 / 32基于*的研究 完成日期： 指导教师签字： 答辩小组成员签字：分布式温度测控系统的半实物仿真研究摘 要本论文对半实物仿真技术进行了综述，介绍了半实物仿真技术在国外的研究现状、关键技术和发展趋势，以与对半实物仿真技术进行研究的意义。介绍了基于LabVIEW仿真平台设计的分布式温度测控半实物仿真系统，该控制系统中的受控对象用数学模型来代替，而控制器仍使用实物。系统采用ZigBee无线通讯技术和CAN总线技术相结合的方式构建通讯网络，具有控制参数远程设置、数据采集和处理、数据和曲线显示等功能。详细论述了在LabVIEW平台下对温度控制对象进行建模仿真的方法。介绍了基于dsPIC33FJ128MC506 单片机设计的控制器，并详细论述了PID 控制算法在单片机中的实现方法。最后给出了仿真实验的相关数据以与分析。(300字左右，介绍主要容、主要方法和结论。)关键词：半实物仿真；建模；控制系统；控制器；LabVIEW（3-5个主题词）（小四，黑体）Study on Hardware-in-the-loop Simulation for Distributed Temperature Monitoring and Control System(注意首字母大写)AbstractInthis thesis, the technique of hardware-in-the-loopsimulation is summarized, introducing the current research situation at home and abroad, the key technology and the trend of the development, as well as the significance of studyingon it.A distributed temperature monitoring and control hardware-in-the-loopsimulation system, whichdesign based on LabVIEW simulation platform is introduced. In the control system, the controlled plant (thetemperature), which is replaced by the mathematical model, but the controller still used the material object.The systems communication network is built by the way of combining the ZigBee wireless communication technology with CAN bus. And the system has these functionssuch ascontrol parametersetting by remote, data acquisition and processing, data and curves display.Amethod for modeling and simulationabout thecontrolledplanton the LabVIEW platformand controller designing based on dsPIC33FJ128MC506single-chip, which discussed in detail, as well asthe approach of the PID control algorithm implementin the single-chip.Finally, the relevant data and analysis of the simulation experiment has given.Keywords: Hardware-in-the-loop Simulation;Modeling; Control system; Controller;LabVIEW （注意首字母大写）与中文关键词对应，文中红色的部分为表达不合适的部分，仅供参考。写作多采用被动语态，第三人称。目 录摘要IAbstractII1绪论11.1目的与意义11.2编辑工具11.3模板的使用11.3.1模板结构11.3.2正文标题使用31.3.3正文部编号规42图表要求52.1图的格式要求52.1.1绘图工具52.1.2图的分类和格式要求52.1.3图的编号。102.1.4如何引用图例112.2表的格式要求123公式要求133.1编辑公式器133.2公式编号143.3公式的引用154参考文献164.1参考文献要求164.2参考文献的书写规：164.3参考文献的引用175论文一般框架196结束语20参考文献21致22附录231 绪论1.1 目的与意义对于自动化专业本科生，论文写作要求，正文部分的页数在28页以上（特别注意这里是指正文部分，不包括参考文献与其之后的容），这是一个基本要求，希望各位同学严格遵守。毕业设计论文不同于以往任何一个课程设计和实习、实验的报告。论文写作是一件非常严肃的事情，需要用简洁、严谨、专业的语言将设计的过程和结论表达清楚。需要同学付出努力去完成该工作。论文的编辑是一件非常细致的工作，专业的排版技能是一个大学生基本的要求，建议大家在写作论文之前能通读本文档，并观看视频教程Word长篇文档排版技巧.wmv。也有必要根据自己所选用的编辑工具，在网上搜索一下长篇文档排版的技巧。本文档中主要针对毕业论文撰写过程中的一些关键问题给予说明，具体包括：1). 编辑工具的建议；2). 毕业设计论文模板的使用，该模板中已经将学校的毕业论文写作规融合到其中了，大家只要严格按照模板来写作，就能够达到学校要求的格式规。3). 图表的自动编号和引用；4). 公式书写、编号和引用；5). 参考文献的格式和引用本文档模板的技术部分基于Word2007编写，如果有采用2003版本的，请参考论文正文模板Word2003版技术说明。注意，整体文档模板依然是本模板，只是图表编号和引用的方法是参考上述文档。1.2 编辑工具建议使用Word2003 或 Word2007，但保存为word 97-2003 (*.doc)版本，禁止保存为docx版本，以免在提交的时候无法打开。不建议使用Word2010，有些格式不兼容。不建议使用WPS，作为国产软件，非常不错，但是有些格式和word不兼容，可能带来不必要的麻烦。1.3 模板的使用1.3.1 模板结构1) 模板包括封面、扉页、目录、中文摘要、英文摘要、正文、参考文献、致和附录，共9部分。2) 封面、扉页、目录、中英文摘要的格式已经固定，大家只需修改相应的部分，不要随便删除。该模板到正文之前采用了“分节”的方式，大家可以点击“显示/隐藏段落标记”来看到段落符号和分节符，千万不要删除分节符，否则容易造成文档页码混乱。图 11 显示段落符号3) 目录部分系自动生成的，包括标题、标题1、标题2、标题3级。如果正文是按照规编写的，只需要将目录选中，按F9键就可以自动更新了。如果目录不慎被删除了，请参照下图重新插入“引用-目录”。4) 中英文摘要，各自为单独的一页。英文摘要要与中文摘要对应，对自动翻译软件的结果不可以直接采用，需要根据意思修正，使之更为专业。摘要要求言简意赅，将研究容、主要方法和结论表达清楚即可。此处不要写太多的背景，目的和意义之类的文字。5) 正文为论文的核心，要求28页以上。图 12 目录插入示意图6) 参考文献见“4参考文献”7) 致部分主要是对在设计和论文写作过程中给予帮助的老师、同学等致以意。需是感激之情的自然流露，言辞要中肯，不要过度夸大。8) 其中附录可以用来集中罗列必要的程序和实验数据。其中，程序需要排列整齐，用Time New Roman 10pt字体，单倍行距。1.3.2 正文标题使用在文档模板中定义了标题1、标题2、标题3的编号模式，对应如下：标题1-对应 章的名称。标题2 对应 节的名称。标题3 对应 小节的名称。当我们撰写，章、节、小节的时候直接应用标题1、2、3的编号模式，可以实现自动编号，便于文档的编号管理。图 13 标题在工具栏中的位置1.3.3 正文部编号规由于标题采用了1、2、3的编号方式，正文部不能采用该编号方式，可以采用带括号的编号1)、2)。如果涉与到多级编号的，要用不同的区分看，例如：1). 文档中编号使用a) 子标题1b) 子标题22). 编号2总的原则是逻辑清楚，层次分明。2 图表要求2.1 图的格式要求2.1.1 绘图工具建议框图的编辑工具采用微软的Visio，或者smart draw。2.1.2 图的分类和格式要求在论文中图有多种，主要可以分为以下几类：总体结构框图、组成结构图，实物照片、界面截图、原理图、PCB版图，状态机图、流程图等。总的要求如下：图形清晰、文字与图例比例协调、文字较正文小一号字、图有编号和说明。图 21 总体结构图图 22五自由度扫描测量系统的构成图 23实物照片图 24 PCB版图图 25原理图说明：在Altium Designer 中，直接选择原理图，Ctrl-C即可实现复制，而且没有网格底纹。图 26状态机图图 27流程图2.1.3 图的编号。图要求居中，并有图号，图号按照顺序排列，图中的字体应该比正文中字体小一号。例如：图标题的插入方法：选择插入-引用à题注图 28 插入题注说明出现下图图 29 插入题注说明2如果没有“图”这个标签，则按照下列步骤进行添加。以添加“表”为例。点击“新建标签”图 210 增加标签图 211 确定编号格式2.1.4 如何引用图例图 212 如何在正文中引用图号如图 212所示，进入交叉引用界面，如图 212所示。图 213 交叉引用注意：引用容中选择“只有标签和编号”。2.2 表的格式要求表格一般用于对数据进行统计或分类，在表格上方也要加上相应的标题以表明该表格的含义，标题的字号比正文字号小。在正文中也要对该表格进行引用。具体方法和图的类似。表 21 离散点倾斜误差补偿前后拟合球的结果(mm)实验次数工作距离拟合球心与半径离散点到球面的最大距离r1 补偿前 补偿后137.86373.681573.6619-3.4806-3.4811-46.2832-46.329712.742112.70590.09320.04282 补偿前 补偿后139.86373.680773.6612-3.4813-3.4805-46.2851-46. 328312.743712.70320.09040.04113 补偿前 补偿后151.86373.681273.6523-3.4816-3.4809-46.2858-46.327012.741412.70160.09350.04364 补偿前 补偿后153.86373.680673.6590-3.4827-3.4813-46.2874-46.332612.740312.70080.09270.04535 补偿前 补偿后155.86373.681773.6628-3.4822-3.4813-46.2845-46.329512.742012.70520.09260.04193 公式要求3.1 编辑公式器Word 2003和2007都带有自己的公式编辑器。但是，功能不够强大，推荐安装Mathtype 6.7，其安装文件在附件中。安装完成后在word2007的菜单中出现MathType菜单。图 31 MathType菜单其中，我们用的最多的是 Insert Equations中的Inline 和 Display两个。点击Inline或Display，会弹出如下界面，其界面操作很直观，不再赘述。图 32 MathType界面这里要说一下Inline 和Display的区别：l Inline是指嵌入在文字中公式符号。例如,。l Display是指单独一行的公式，一般来说单独成行的公式都是居中，并且带有编号的。例3-1： (3.1)对于公式可引用，需要指明序号。例如：公式(3.1)说明了变量,之间的关系。3.2 公式编号在例3-1中，公式的编号是手动的，当然对于本科毕业论文来说大部分同学的公式不会太多，所以手动修改是没有问题的。如果公式比较多的话，建议使用自动编号。点击Right-numbered，输入，得到如下的公式：(0.1)再次点击Right-numbered，输入，得到如下的公式：(0.2)大家注意，上述两式中编号(1.1)和(1.2)是自动生成的。这就使得公式编号的维护非常简单了。但是，如何控制编号的格式呢？在菜单“MathType->Equation Numbers->Insert Number->Format”中可以设定公式编号的格式。其界面如下：图 33公式编辑器公式编号选择不同的格式，能够得到不同效果，感兴趣的同学可以试一下啊。接着大家可能会提到一个问题，在第三章中公式应该从3.1开始呀。确实如此，下面就介绍如何修正章节号。点击菜单“MathType->Equation Numbers->Chapters&Sections->Insert Next Section Break”Section 3 此处红字部分不用担心，打印时会没有的。图 34 修正节编号然后在插入公式，其编号就变的合理了。这里选章还是选节，可以自己决定，只要和公式格式对应上就可以了。(3.1)3.3 公式的引用在公式比较多的时候，如果手动编号中公式的引用还是很麻烦的。如果采用自动编号的话，公式引用简单了许多。例如我想引用公式，只要点击“”“MathType->Equation Numbers->Insert reference”，然后将鼠标双击所需要引用的公式就可以了。公式编号如果自动更新了，如何使公式编号引用也会自动更新呢？最简单的办法就是选择引用的文字，然后按F9键。最保险的方法是Ctrl-A选中全文，然后按F9键。4 参考文献4.1 参考文献要求工科专业毕业设计的参考文献不少于10篇（部），其中外文文献不少于2篇（部）；4.2 参考文献的书写规：参照国家标准GBT-7714-2005参考文献（小四号，黑体，居中）文献类型缩写编码示例如下：(字体为五号，宋体)期刊序号作者1，作者2,作者n.题（篇）名J.刊名:其他题名信息，出版年，卷次（期次）：起止页次1 晓东，庆红，叶瑾琳. 气候学研究的若干理论问题J.大学学报:自然科学版，1999，35(1):101-1062 HEWITT J A. Technical services in 1983J. Library Resource Services, 1984, 28(3):205-218图书序号作者1，作者2,作者n.书名M.版本.出版地：出版者，出版年:页次.（注：页次可以不写）1 余敏. 出版集团研究M.：中国书籍,2001:179-1932 昂温 G, 昂温 P S. 外国出版史M.生铮，译.：中国书籍，1988学位论文序号作者1，作者2,作者n.书名D.版本.出版地：出版者，出版年:页次.（注：页次可以不写）1 志祥. 间断动力系统的随机扰动与其在守恒律方程中的应用D.：大学数学学院，1998会议论文集序号作者1，作者2,作者n. 论文集名. 出版地：出版者，出版年.起止页次1 中国力学学会. 第3届全国实验流体力学学术会议论文集C.:出版者不详，19902 Ganzha V G, Mayr E W. Vorozhtsov E V. Computer algebra in scientific computing: CASC 2000: proceedings of the Third Workshop on Computer Algebra in Scientific Computing, Samarkand, October 5-9, 2000C. Berlin:Springer,2000说明，以上是对整本会议论文集引用的情况，如果是针对其中的一篇，即会议的析出文献，其格式如下：1 忠智. 科技书刊的总编(主编)的角色要求C/中国科学技术期刊编辑学会建会十周年学术研讨会论文汇编. ：中国科学技术期刊编辑学术委员会, 1997:33-341 忠智（作者）. 科技书刊的总编(主编)的角色要求C（论文题目）/（表示是析出文献）中国科学技术期刊编辑学会建会十周年学术研讨会论文汇编（会议名称）. （出版地）：中国科学技术期刊编辑学术委员会（出版者）, 1997（时间）:33-34（页码）专利文献1 加林.多功能一次性压舌板：中国, 92214985.2P电子文献1 萧钰.信息化迈入快车道EB/OL.(2001-12-19) .creader. /news/20011219/9.html4.3 参考文献的引用论文最后所列出的参考文献在正文中要引用，根据在正文中出现的顺序用方括号将该序号扩起来并置为上标。例如：随着现代制造业的发展，逆向工程处于越来越重要的地位，三维数字化技术是逆向工程中的首要环节12。文3线结构光测头因具有高测量速度和高精度等特点而成为最常用的三维扫描测头，它利用激光三角法原理工作，直接输出的数据是光平面被测物体的二维数据，要实现三维测量就必须将这种二维数据转换为三维数据。以下参考文献请使用1参考文献格式参考文献的引用方法，和图表的引用方法类似，具体见下图。图 41 参考文献引用方法图 42 参考文献引用方法1 Son S, Park H, Lee K H. Automated laser scanning system for reverse engineering and inspectionJ. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2002, 42(8): 889-8972 Valkenburg RJ, Mcivor A M. Accurate 3D measurement using a structured light systemJ. Image and Vision Computing, 1998,16(2): 99-1103 宏伟. 基于三坐标测量机的自由非接触测量技术的研究D. : 大学, 19995 论文一般框架第1章 绪论第2章 总体设计第3章 第4章 第n章，对于设计中的模块进行详细说明第n+1章 总结与展望6 结束语该文档模板在2008级自动化专业本科生中首次使用，不足之处希望各位老师同学指正。所遇问题可以发到limingneu126 中，我们将给予解释和完善。预祝各位能够写出一份合格的本科毕业设计论文。参考文献1 Son S, Park H, Lee K H. Automated laser scanning system for reverse engineering and inspectionJ. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2002, 42(8): 889-8972 Valkenburg RJ, Mcivor A M. Accurate 3D measurement using a structured light systemJ. Image and Vision Computing, 1998,16(2): 99-1103 宏伟. 基于三坐标测量机的自由非接触测量技术的研究D. : 大学, 1999注意，l 参考文献10篇以上，至少2篇英文；l 小四号字，单倍行距。中文宋体，英文Time New Romansl 格式按照国标规GBT-7714-2005执行。l 参考文献中采用英文的标点符号，参考文献末尾不以“.”结束。参考文献需要在正文中引用。致附录1). 上位机测控系统LabVIEW程序框图2). 分布式温度对象网络模拟的LabVIEW程序框图3). 控制器程序代码(1) PID控制算法程序：代码段要求有函数说明和注释，列出的代码段应该是自己编写的，这一部分也是答辩中提问的重点。;* ; 全局头文件. .nolist .include "dspcommon.inc" ; 此头文件包含小数运算相关定义 .list .equ offsetabcCoefficients, 0 ;定义相关偏移量 .equ offsetcontrolHistory, 2 .equ offsetcontrolOutput, 4 .equ offsetmeasuredOutput, 6 .equ offsetcontrolReference, 8; .section .libdsp, code ;代码段; _PID:; 函数原型:; tPID PID ( tPID *fooPIDStruct ); 主要运算:; controlOutputn = controlOutputn-1; + controlHistoryn * abcCoefficients0; + controlHistoryn-1 * abcCoefficients1; + controlHistoryn-2 * abcCoefficients2; 其中:; abcCoefficients0 = Kp + Ki + Kd; abcCoefficients1 = -(Kp + 2*Kd); abcCoefficients2 = Kd; controlHistoryn = measuredOutputn-referenceInputn; 而:; abcCoefficients, controlHistory, controlOutput, ; measuredOutput和controlReference; 都是数据结构tPID的成员.; 输入:; w0 =tPID的地址; 返回值:; w0 =tPID的地址;.global _PID ;将函数定义为全局函数_PID: ;保存所需寄存器. push w8 ; 将相应寄存器入堆栈 push w10 push CORCON ; 为小数运算准备核控制寄存器CORCON. fractsetup w8 mov w0+#offsetabcCoefficients,w8 ;w8 =_abcCoefficients的基址 mov w0+#offsetcontrolHistory,w10 ;w10 =_ControlHistory的基址 mov w0+#offsetcontrolOutput,w1 ;w1=ControlOutputn mov w0+#offsetmeasuredOutput,w2 ;w2=measuredOutputn mov w0+#offsetcontrolReference,w3 ;w3=referenceInputn; 计算当前控制偏差 lac w3, a ; A = tPID.controlReference lac w2, b ; B = tPID.MeasuredOutput sub a ; A = tPID.controlReference - tPID.measuredOutput sac.r a, w10 ; tPID.ControlHistoryn = Sat(Rnd(A) ; 计算控制量 clr a,w8+=2,w4,w10+=2,w5 ;w =(Kp+Ki+Kd),w5=_ControlHistoryn lac w1,a ;A=ControlOutputn-1 mac w4*w5,a,w8+=2,w4,w10+=2,w5 ;A+=(Kp+Ki+Kd)*_ControlHistoryn ;w4=-(Kp+2Kd),w5=_ControlHistoryn-1 mac w4*w5,a,w8,w4,w10-=2,w5 ;A+=-(Kp+2Kd)*_ControlHistoryn-1 ;w4=Kd,w5=_ControlHistoryn-2 mac w4*w5,a,w10+=2,w5 ;A+=Kd*_ControlHistoryn-2 ;w5=_ControlHistoryn-1 ;w10 = &_ControlHistoryn-2 sac.r a, w1 ;ControlOutputn=Sat(Rnd(A) mov w1, w0 + #offsetcontrolOutput ;更新历史控制偏差 mov w5, w10 ; _ControlHistoryn-2 = _ControlHistoryn-1 mov w10 + #-4, w5 ; _ControlHistoryn-1 = ControlHistoryn mov w5, -w10 pop CORCON ; 保存CORCON. pop w10 ; 保存工作寄存器. pop w8 return; _PIDInit:; 函数原型:; void PIDInit ( tPID *fooPIDStruct ); 操作 : 清零相关寄存器; 输入 : w0 =tPID的地址; 返回值: (void);. .global _PIDInit ; 定义函数为全局函数_PIDInit: push w0 mov w0 + #offsetcontrolOutput, w0 ;清空controlOutput clr w0 ;清除w0的容pop w0pushw0 mov w0 + #offsetcontrolHistory, w0 ;将指针指向tPID中的ControlHistory clr w0+ ; ControlHistoryn=0 clr w0+ ; ControlHistoryn-1=0 clr w0 ; ControlHistoryn-2=0 pop w0 ; 保存tPID指针的基址 return