虚拟仪器LabVIEW多路温度控制系统设计(2)

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现代化工业生产对于温度采集的实时性，效率以及采集精度等要求越来越高，而且常规的现场操作测温已经不适合测温现场环境恶劣，具有危险性的情况，所以需要使用能自动采集与存储温度信息，以及实时控制的温度测控系统。而从上世纪九十年代开始迅猛发展的信息化浪潮使温度的测量和控制方法发生了前所未有的变化。应用PC为特征的现代温度测控系统的设计，使得测量信号信息化，设备智能化，测控稳定化等技术越发显出其重要性。

1.2 温度技术发展历史及现状

温度测制系统分为温度测量系统和温度控制系统。在温度测量技术中，根据不同的测温对象和测温的范围分别有多种类型供选择。常见的有如膨胀式测温，热电阻测温，热电偶测温及辐射测温等，这些硬件式温度的原理都是将传感器得到的温度信号通过硬件电路转化并进行显示，其基本结构如图1.1 [2] 。

传统硬件化测温仪器结构图

图1.1 传统硬件化测温仪器结构图

温度控制系统根据控制目标的不同可分为两类：恒值温度控制与动态温度跟踪[3]。

恒温温度控制是通过软件计算或硬件电路判别当前温度值与设定目标的温度值的差值，从而对加热或者冷却装置进行通断控制。当测量温度低于设定温度时，开启温度加热装置，从而使被控对象温度上升；当测量温度高于设定温度时，开启冷却降温装置，从而使被控对象温度下降。这种开关温控的方法原理比较简单，完全可以在没有PC的参与下，搭建简单的模拟电路就可实现。但是这种控制方式的缺点也很明显，因为控制开关通断不可避免带来的就是温度变化过程的延迟性，滞后性，从而使得被控对象的温度变化波动较大，不利于温度的高精度控制[4]。

PID温控法是来源于经典控制理论的调节器控制原理，因其考虑了系统的误差、误差变化和误差累积三个方面，建立起更为严格精确的数学控制模型，从而带来性能上的大幅优化，由于其可靠性高、算法简单等优点在工业生产中得到了最为广泛的应用。PID温控法的控制电路同样可采用模拟电路实现，但是在计算机得到广泛应用的今天，应用计算机软件方法来调节具体的对象更具有先进意义，这也被称为数字控制器。在控制器品质影响因素中，主要由比例值、积分值、微分值三个参数比例来决定。通过对系统控制对象的现场调试，从而选择最为合适的PID参数，那么系统的控制精度和控制效率都会比前面提到的开关温控法好得多，但是它的最大弊病即不具有灵活性与适应性，当被控对象的特性一旦发生改变，那么PID参数必须重新整定，以达到新对象控制要求。

1.3 虚拟仪器介绍论文网

虚拟仪器是以计算机为核心，通过最大限度地利用计算机的软硬件资源，不但能完成传统仪器测量控制、数据运算和处理工作，而且可以用强大的软件去代替传统仪器的新一代仪器[5]。

随着计算机技术、通信技术、微电子技术的高度发展以及在电子测量技术方面的应用，测试的理论、方法、领域已经突破了原先传统仪器的桎梏，电子测量仪器的作用和功能都已经发生了质的变化。在测量仪器设计中，新一代仪器以计算机为核心，使得测试系统和软件技术两方面更紧密地结合成一个有机整体，从而导致了对仪器的概念、结构甚至设计观点等出现了突破性进展。在这种背景下，美国国家仪器公司（National Instruments）在20世纪80年代最早提出虚拟仪器（Virtual Instrument）的概念，同时推出了用于虚拟仪器开发的工程软件包LabVIEW。NI公司宣称“The Software is the Instrument”，即“软件就是仪器”。在这里计算机是虚拟仪器的核心，该仪器的功能都是通过计算机上的虚拟软件仿真来实现的[6]。这意着只要按照测量原理，采用适当的信号分析技术与处理技术，编制某种测量功能的软件就可构成该种功能的测量仪器[7]。