基于DDE技術(shù)的溫度試驗(yàn)系統(tǒng)

魯亮　周本權(quán)

摘 要： 針對(duì)飛行器使用全壽命過程熱載荷模擬試驗(yàn)的要求，設(shè)計(jì)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(jì)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(hào)： TN06?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）09?0090?03

0 引 言

飛行器升空過程中，氣動(dòng)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(guó)內(nèi)外智能溫控儀表驅(qū)動(dòng)，目前被廣泛地應(yīng)用于溫度試驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)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(dòng)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(dòng)態(tài)交換[3?5]。本文設(shè)計(jì)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(jì)提供技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

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(shí)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(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)溫度與設(shè)定值傳至溫控算法程序，溫控算法程序計(jì)算后，又通過DDE技術(shù)將溫控參數(shù)的計(jì)算結(jié)果交換至監(jiān)控軟件并傳至FP23，F(xiàn)P23適時(shí)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(jì)示意圖

2 自整定控制算法設(shè)計(jì)

溫度試驗(yàn)在變溫段SV是實(shí)時(shí)變化的，且溫度控制系統(tǒng)自身通常具有時(shí)滯、時(shí)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(shí)滯、時(shí)變、擾動(dòng)的場(chǎng)合，但是在恒溫段容易產(chǎn)生一定誤差[7]。考慮到溫控系統(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(jì)。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(duì)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(jì)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(jì)算分析了特征溫度點(diǎn)溫控模型，使PID控制參數(shù)不會(huì)隨意發(fā)散，既提高了控制抗擾動(dòng)、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(jì)

3.1 監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)

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(bào)警、事件處理等功能[9]。圖4為中國(guó)工程物理研究院總體所環(huán)境中心氣候組設(shè)計(jì)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(shí)，是將DDE服務(wù)器當(dāng)作一個(gè)I/O設(shè)備，并專門提供了一個(gè)DDE Client驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)溫度變量PV及溫度設(shè)定變量SV構(gòu)成動(dòng)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(shí)計(jì)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(duì)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(jì)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(jià)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.

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[12] 羅樂，笪賢進(jìn).基于遺傳算法的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[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(duì)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(jì)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(jià)值。

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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(duì)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(jì)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(jià)值。

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