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智能控制器范文1
摘 要：为了提高自行开发智能控制器的可行性和可靠性，文章陈述一种开发控制器的方案，讲述控制器开发的5个步骤，即构建模型、系统辨识、控制设计、仿真验证和系统调试，从应用方面介绍LabVIEW控制设计与仿真模块的使用方法，以及为设计者提供在LabVIEW环境下开发控制器的途径。
关键词：智能控制器；LabVIEW；控制设计与仿真；DLL(动态链接库)
中图分类号： TP311 文献标识码：A
The Intelligent Controller Based on LabVIEW Simulation
LU Chao, PENG Yuning, QI Xiaokun, HE Xin，MENG Fanyu
(School of Electrical Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China)
Abstract:In order to improve the feasibility and reliability of the own developed intelligent controller, the article states a kind of development controller scheme, which is about five steps of controller developing, namely constructing model, system identification, control design, the simulation validation and system commissioning. It not only gives a brief introduction to the using method of LabVIEW Control Design and the Imitative Model, but alsooffers the way of Developing controller for the designers under LabVIEW from an application perspective.
Key words:intelligent controller;labVIEW;control design and simulation;DLL（DynamicLink Library）
1 引 言
LabVIEW（实验室虚拟仪器工作平台）是美国国家仪器（NI）公司研制开发的，从1986年发展至今已经成为应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发环境［1］，在工业界、学术界和研究实验室被视为标准的数据采集和仪器控制软件。
LabVIEW迅速发展起来并被广大程序开发者所接受，因为它是一种用图标代替文本创建应用程序的图形化编程语言，图标形象、易于被程序开发者理解，学习容易入门，编程可视化，容易做到图像界面美观、人性化；不但如此，LabVIEW还集成了与满足 GPIB、VXI、RS-232 和 RS-485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能，同时它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX 等软件标准的库函数［2］，具备强大的软、硬件通讯功能，易于完成数据在硬件设备和软件之间的传输交换。
2 控制器设计的实现过程
控制器的一般实现过程如图1所示：
控制器实现过程的5个步骤在实施过程中都是不可缺的，而仿真验证更是控制系统实现的前提，是论证这个控制器的可信度和可靠性的依据，控制器仿真验证是控制器处于完全理想的环境中得出的结论，使系统达到某种预期的目标，为控制器的可行性提供理论依据，若在控制器仿真时都无法达到预期的目标，在现实环境有干扰下更不可能达到该种目标。由此可见，仿真验证步骤在完成控制器设计过程中所起到的重要作用。
控制器的仿真验证可以大大提高系统实现效率，缩短开发周期，降低系统开发成本，同时也在一定程度上大大提高了设备安全和人身安全。
3 LabVIEW控制设计与仿真模块
美国NI公司为设计者提供了系统辨识、控制设计、仿真及控制器执行的整套工具。设计者可利用这些工具自定义控制算法，对系统进行分析、开发与仿真，实现与硬件的集成和系统可视化操作及快速控制。
通过控制设计与仿真模块，设计者能方便快捷地分析系统开环模型行为、设计闭环控制器、模拟在线和离线系统并实现物理设计；还能使用传递函数、状态空间或零点―极点―增益模型，依照最初的原则创建控制系统模型；通过时间和频率分析工具（如：阶跃响应、乃奎斯特图或伯德图），设计者能交互式地分析开环和闭环对象的特性，利用单输入单输出（SISO）系统和多输入多输出（MIMO）系统中的内置工具及其仿真功能，验证线性和非线性系统的动态特性；还可利用内置工具，通过转化，使MathWorks、 MATLAB／Simulink软件中开发而成的模型能与LabVIEW配合使用，较好地解决了在LabVIEW环境下编辑的复杂、先进控制算法不易的问题，弥补了LabVIEW的缺陷，更丰富了LabVIEW的强大功能［3］。
控制设计与仿真模块为用户的设计提供了诸多优势与便利。该模块包含6个部分，具体功能如下表1：
由上述功能表可知，设计者可以通过使用LabVIEW控制设计与仿真模块实现自主完成设计复杂、先进控制系统的前4个步骤（构建模型、系统辨识、控制设计、仿真验证）。通过反复仿真实验，快速地分析出自行设计的控制系统存在的不足，并加以改进。再经过反复改进和验证，使得仿真控制系统达到理想的稳定状态和控制效果，之后便可投入实际控制系统中。然后，再根据实际工况和控制系统的运行状况进行适当的修改与调整，以满足实际工程提出的控制品质指标要求。
4 利用工具包完成控制算法设计
41 智能控制算法编程方法
4.1.1 直接法
直接法分为两种――使用LabVIEW编程法和直接调用LabVIEW设计的控制工具模块法。
使用LabVIEW编程法――直接在LabVIEW的程序框图面板中编写程序实现控制算法，不需要其他第三方编辑语言嵌入支持算法的实现。该方法是最直接的、最显而易见的实现方法，但是，这样实现的算法一般情况下都比较复杂，而且编程量大，需耗费设计者大量的精力。
直接调用LabVIEW设计的控制工具模块法――直接使用NI公司设计好的工具包中的控制算法，如PID工具模块、模糊逻辑工具模块等。使用该方法的好处是不需要耗费精力自行设计算法，但由于在LabVIEW控制工具模块中的先进控制算法和智能控制算法的类型有限，用户所需的算法不一定能在其中找到，而且，该工具模块需要花费资金购买，价格较贵，这无疑增加了开发成本。
4.1.2 在LabVIEW中调用DLL实现法
在LabVIEW中，设计者可以利用CLF（Call Library Function Node）节点调用DLL（Dynamic Link Library，动态链接库）来实现控制算法［4］，即设计者可以通过在其他编程软件（如VC++、VB、MATLAB／Simulink等）中编辑的算法程序生成DLL文件提供给LabVIEW调用。使用这种方法的优点：（1） DLL可以被应用程序访问，而应用程序并不知道实现的细节，即可隐去编程细节；（2） DLL与语言无关，因此可以创建一个DLL让LabVIEW或者任何支持动态链接库的语言调用［5］，即当开发软件不是使用LabVIEW时，控制算法也不需要重新编辑。
4.1.3 在LabVIEW中使用Matlab Script Node节点实现法
设计者可以在“MATLAB Script Node”节点中编辑MATLAB 程序或者直接调用已经存在的MATLAB程序，根据需要添加输入量和输出量［6］，在编程中要特别注意的是两者之间的数据类型要匹配，只有两者间的数据匹配才能进行数据传输。调用MATLAB软件执行脚本还需要一定的条件。由于脚本节点程序通过调用MATLAB软件脚本服务器执行，必须安装具有许可证的MATLAB 6.5或更高版本才能使用MATLAB脚本节点。LabVIEW使用ActiveX技术执行MATLAB脚本节点程序，因此，该脚本节点仅可用于Windows平台。42 智能控制算法的仿真控制
使用LabVIEW控制设计与仿真模块对被控系统进行仿真控制，验证智能控制算法的可行性与可信度，将预先编辑好的智能控制算法（例如模糊PID自整定参数控制算法、单神经元控制算法、专家控制算法等）设计成为子VI，以便在后面加入到整个程序中进行系统仿真控制。为了探索用上述方法开发智能控制器，我们对一个二阶过程（其传递函数为：G（s）=1000s2+1040s+1）进行了控制，多次改变被控过程的模型特性，并进行系统仿真控制，观察系统输出响应的变化趋势，分析系统是否满足一定的控制指标要求。图2为我们所设计的智能
控制器程序，图3则为相应控制系统的阶跃输出响应曲线。
从图3中可见，我们自行设计的智能控制器能使系统快速准确地跟踪设定值的变化。在每次更改图2中传递函数G(s)的参数后，均可得到类似于图3的系统输出响应曲线，这说明系统对被控过程特性的改变有较好的鲁棒性和自适应能力，论证了我们所设计的智能控制器的可行性和实用性。5 总 结
仿真控制是系统实现的前提，通过仿真控制提高了控制系统的可信度。LabVIEW控制设计与仿真模块使得智能控制系统开发时间大大减少，成本也大大降低，该模块可以轻松模拟不同的控制算法，而且不需要配置任何硬件设备就能进行仿真验证，同时还支持多种控制算法的编程方法。既发挥了LabVIEW自身的强大功能，又兼容了其他编程软件的优点。在获得满意的仿真结果后，还能够设计出形象、美观、人性化的人机界面，并能简单、方便、快捷地将系统由仿真切入至实时控制。
参考文献
［1］ 装 蜂，王翠英，李资劳．基于L a b V I E W的虚拟仪器算法解决方案［J］．自动化仪表，2005，26(8)：63-65．
［2］ 陈树学，刘萱．LabVIEW宝典［M］．北京：电子工业出版社，2011．
［3］ 利用LabVIEW软件进行控制设计和仿真入门［EB/OL］.
智能控制器范文2
关键词：智能控制器；泵站；自动化系统
中图分类号：F407文献标识码： A
一、泵站自动化系统功能要求
泵站自动化系统在设计上首先要满足实用性、可靠性的需求。其基本功能应包含数据采集与处理、继电保护、泵组控制、闸门控制、自动调节和视频安全预防。在满足基本功能的基础上，根据泵站具体情况，可增加设备管理、报表、远程管理等功能。
二、系统主控级的主要功能
数据采集与处理：主控级自动采集和处理泵站设备的运行参数；安全运行监视：全站运行实时监视及参数在线修改、状态监视、越限检查、过程监视、趋势分析和监控系统异常监视；对监控对象进行如水泵的启停、定值和限值的设定、报警复归等控制与调节、自动功率因数控制、按照电力系统的要求，自动投切电容器；全站所有监控对象的操作、报警事件等的监控和事件记录；记录在事故发生前5s和后20s时间里重要实时参数的变化情况；正常操作指导和事故处理操作指导；通过一路载波通道，一路光缆通道，与水调部门进行数据通信，也可与MIS系统、工业电视系统等接口通信，从而实现与现场各控制单元问的相互通信；屏幕显示：包括各种系统图、棒形图、曲线、表格、提示语句等：积累泵站运行数据，为提高泵站运行、维护水平提供依据；对各工作站计算机及设备、通讯接口、通道等的运行情况进行在线和离线诊断，故障点能诊断到模块；软件运行时，若遇故障能自动给出故障性质及部位，并提供相应的软件诊断工具。
三、泵站综合自动化系统的特点
高度的可靠性。系统采用成熟的全开放式分层、分布式系统结构，上下控制层采用现场总线通讯模式，大大提高了系统设备间的数据交换速度和系统通讯工作的稳定性；高度的实时性。系统能适应泵站现场环境的要求，实时眭好，抗干扰能力强；良好的开放性和扩充性。专用现场总线通讯网络结构的采用使系统设备可方便灵活的进行扩充。所有的硬件均为模块化，构成一个通用、开放的结构体系；应用软件采用OPC技术，使得系统应用软件构成一个开放式的接口环境；完备的安全性。系统对每一功能操作提供检查和校核，操作有误时，被禁止并报警；在人机通信中设置操作口令，按控制层次实现操作闭锁；系统采用冗余和模块化技术，使系统的局部故障不影响系统整体的正常运行；完备操作性。针对国内运行人员设计，系统采用全汉化界面，使运行人员可方便直观的进行远方实时控制和操作；可维护性。系统采用模块化结构模式，设备的模块化使技术人员方便的对必要的设备进行更换和维修，保证系统可靠运行；良好的友善性。采用全汉化界面，操作方便，人机接口功能强，符合泵站运行人员的操作习惯。
四、基于智能控制器的泵站自动化系统解决方案
1、系统构成
自动化系统的控制器与常规电气柜融为一体，不需设置单独的自动化控制柜，节省占地和接线。系统以控制器为核心，设计了进线柜、泵控制柜、无功补偿柜、站用配电柜、安全预防系统等，组成了完善的泵站智能系统。其中，进线启动柜完成总进线电源接入、进线继电保护、泵站智能控制、泵站信息采集与对外数据交互、无功补偿控制、运行状态及参数指示等功能;泵控制柜完成泵就地自动/手动启停、电动机的继电保护、运行状态及参数指示等功能；站用配电柜完成泵站的配电功能;安全预防系统完成泵站的安全预防功能。
2、站级智能控制器
安装于进线柜的泵站智能控制器完成全站的智能控制、无功补偿控制、全站的信息采集以及对进线的继电保护功能，并负责与通信工作站完成相关信息的交互功能，是智能控制系统的核心。
泵站智能控制器设有三种泵开机方式:一键开机、水位自动开机、远方遥控开机。一键开机功能基于水利系统传统的运行习惯而设计，方便维护人员现场操作，简单易用。水位自动开机功能，使得泵站即使在无人值班的情况下，也能自动根据水位情况进行泵开机操作。不同水位高程需启动的泵组可以通过出口编程来整定，通过灵活的设计最大程度满足用户现场的实际需求。远方遥控开机指主站对泵站智能控制器发出遥控开机的命令，便于用户远程控制泵的运行；泵站智能控制器定时将泵站运行的实时信息及报警信息送入主站，便于用户及时掌握现场运行情况。装置在开机过程中，进行控制进水闸门打开、进水闸门全开判别、控制出水闸门打开、出水闸门全开判别、控制泵开机等操作。开机过程中如果闸门操作失败，装置发出告警信号，报出“闸门操作失败动作”的事件记录;闸门操作失败时，如果需要继续开机，必须将告警信号复归才能继续执行泵开机命令。
3、泵智能保护控制器
安装于泵控制柜的泵机组智能保护控制器完成泵的就地自动控制以及电动机的继电保护功能，是智能控制系统的执行单元。
装置在自动状态下，接受就地开机和主站遥控开机命令;在备用状态下，仅接受主站备用开机命令。装置在开机过程中，顺序进行判断开机条件、完成闸阀控制(可投退)、判断闸阀位置(可投退)、完成降压启动(以变压器降压启动为例)、实现全压运行等操作。在开机过程中，如果开机受阻，装置发出告警信号，同时发出全停命令。
可以通过就地停车和主站遥控停车两种方式完成人为停机操作。在开机过程中出现泵故障信号，也会进行停机操作。保护动作时，发出停车命令，不会进行关闸阀操作，如果需要在保护动作停车的同时关闸阀，可以通过出口编程实现。
4、系统特点
泵站智能控制器与泵机组保护控制器之间采用串行通信，泵站智能控制器作为主站，最多连接16台泵机组保护控制器，完成泵组的一键开机、水位开机、远方开机等功能。
泵站智能系统采用了基于系统参数整合的泵站专家控制系统技术。泵站专家控制系统技术根据环境变量、泵机组运行状态、泵效率参数等信息，优化了泵组投退组合与无功补偿等，节能降耗，延长了设备寿命，提高了泵站运行可靠性和经济性。
泵站智能系统采用了基于泵站场景特殊事件智能机器识别的泵站安全预防技术。机器视觉系统智能识别泵站场景，并对出现的特殊情况进行判断。在开机前自动检测安全管理区域并自动判别区域内的安全，当出现非安全状态时，自动闭锁泵组启动并预警，保证人员生命安全。在无人值班期间，能够自动判别区域安全状态，实现泵站的防盗、防破坏，减少财产损失，降低社会成本。
泵站自动化系统的操作采用与常规控制系统相同的按钮，泵站原有操作人员完全可以完成高度智能化的泵站智能系统的操作。
泵站智能系统采用了基于实时嵌入式平台的泵站热点数据无线定制点播和推送技术。系统采用控制器的实时嵌入式平台，将站内通信网络接入专用或公共信息网，各级管理和运行维护人员可以通过移动终端对泵站热点数据进行定制和点播，实现与智能泵站的交互管理;同时系统支持未来水利信息化等云计算系统，提高了管理效率和水平，降低了差错率，节约了管理成本。
五、实例分析
基于智能控制器的泵站自动化系统已于2011年3月在某省某泵站成功投运。泵站2台800kV・A主变分别接至两段0.4kV母线，每段母线接2台250kW电动机泵组。
系统除具有保护、控制功能外，还可根据无功功率进行电容器自动投切。系统具有信息化接口，可通过3G网络传输站内运行参数和安防画面。PAS651泵站智能控制器可实现水位采集并根据水位自动开停机，系统操作界面简洁，原有运行人员经简单培训即可掌握系统的所有操作功能。系统投运两年来，运行安全可靠，提高了泵站的运行管理水平。
结束语
本文提出了一种基于智能控制器的泵站运行管理环境自动化系统模式，系统采用常规的人机界面，可实现简易操作。在实现泵站自动化、信息化建设的同时，还可解决泵站无人值班时的设备安全问题。
参考文献
［1］第一次全国水利普查公报［R］．2013．
智能控制器范文3
关键词：矿井；CAN总线；智能控制；单片机
TD67 文献标识码： A
0. 引言
RS485总线在抑制共模干扰和灵敏度上表现出很好的特性[1][2]，在煤矿井下得到了广泛的应用，但是RS485是一种主从式结构的现场总线，这种结构决定了它通信的时候只能采用主站轮流询问的方法进行，制约了系统的总线利用率和数据的及时有效。同时它的传输距离有限。RS485在这种分布范围大却管理集中的项目上的表现不尽人意 [3]。德国BOSCH公司开发的通信协议CAN总线，错误检测能力良好，可靠性高[4]；多主工作方式和仲裁技术提高了数据的时效性；传输距离最大可以达到；错误检测和处理机制提高了系统的容错能力[5]，提高了系统的通信有效性；错误节点可以自动关闭，不会对整个网络造成影响，降低了后期维护的成本。本文设计了一种基于STC89C52单片机和CAN总线的智能控制器，并设计了干扰的滤波电路。这种控制器对提高煤矿测量的及时有效、监控成本和安全生产的保障上有一定的作用。
1. 控制器组成及工作原理
微控制器是整个控制器的核心，CAN控制器的工作方式是通过微控制器编程来完成的，工作状态和报文的收发也是由微控制器控制。CAN控制器为微控制器的数据传输提供了接口，相当于协议中的数据链路层。CAN控制器一方面将控制器发送的信号变为符合CAN物理层的信号并放大传输，另一方面将收到的总线上的信号变成控制器能够接收的信号，实现了物理层的功能。CAN收发器为控制器和物理总线提供了连接，同时增加了系统通信距离。滤波电路使用有源的带阻滤波器消除了有线传输中的常见干扰。控制器的结构框图如图1所示。
2. 控制器硬件设计
2.1 微控制器
微控制器选用STC89C52单片机。STC89C52是一种增强型51单片机，兼容以前的51单片机，又有自己的特性：宽电压（3.3v～5.5v）、8KB的Flash存储器、的EEPROM、宽工作频率（0～40MHz）、512KB RAM。本设计中使用单片机的外部中断0控制CAN控制器中断，进而实现其他功能。
2.2 CAN控制器
控制器选用SJA1000。该控制器为独立控制器，有两种工作模式，第二种工作模式PeliCAN支持有很多新特性的CAN2.0B协议。SJA1000兼容性好，两种模式的切换可以通过时钟分频器完成[6]。该控制器的采用实现了单片机的数据通信。
单片机和控制器SJA1000的连接电路如图2所示。在P2.0低电平时，单片机片外存储器可选中控制器，对控制器进行读/写操作。单片机通过INT0口控制 SJA1000中断。单片机通过P2.3口完成控制器的复位。
2.2 CTM8250T介绍
CTM8250T是一款适用范围广的收发器，而且具有隔离功能，提高了系统的整体抗干扰能力。该芯片内部包含了普通收发器和隔离电路，可实现隔离、收发等功能。该芯片接口简单，使用方便，并且带有瞬态电压抑制器（TVS），具有CAN-bus总线过电压保护作用，适合控制器的设计。SJA1000和CTM8250T的连接电路如图3所示。
处于网络端点时，上述电路必须要接电阻120Ω。没有该电阻，数据传输会受到很大影响，甚至不能传输。
1.3 抗电磁干扰设计
对于本控制器的通信而言，物理传输线都是屏蔽的，所以不会受到辐射干扰的影响，但是会受到传导耦合干扰的影响。在井下，这些干扰主要来自各种强电传输线产生的50Hz基波以及各级谐波[7]。为此，本文设计了滤波电路以保证控制器数据的有效性。由于干扰主要是50Hz这一波段，所以设计的时候选用消除特定波段的带阻滤波器，它的设计如图4所示。
该滤波器阻带宽度为1Hz，左边电路是消除50Hz基波，右边电路是消除100Hz二次谐波。左边电路的中心截止频率f0的计算公式为：
■
■，取■，可计算出■。阻带带宽的计算公式为：
■
阻带带宽bW=1Hz，则品质因数Q=50。Q的计算公式为：
■
则通带放大倍数■或者■，这里我们取前者1.99。其中
■
则■，取■，则■。
另外芯片的电源和接地都接了的电容，通过地线释放信号线上的干扰。
3. 控制器软件设计
软件设计主要有三部分：控制器初始化、发送和接收报文。主程序流程如图5所示：
控制器化初始化主要是对单片机和控制器的使用到的寄存器进行配置和给变量赋值。控制器初始化流程如图6所示。
2.2 数据的发送程序
在数据发送过程中，控制器根据要发送的报文配置正确的报文标识符寄存器和长度信息，根据待发送的数据配置相应的寄存器，发送报文。
…
do
{
Judge=SR；
LED_RED=0；
}
while（Judge&0x10）；
do
{
Judge=SR；
LED_RED=0；
}
while（！（Judge&0x08））；
do
{
Judge=SR；
LED_RED=0；
}
while（！（Judge&0x04））；
…
2.3 数据的接收程序
数据是由SJA1000完成接收的。控制器根据控制器中的状态，确定接收缓冲器中有可读取的报文，然后读取报文并释放接受缓冲器，还要读取错误代码捕捉寄存器和仲裁丢失捕捉寄存器，让他们再次激活 [8]。
...
if（Judge&0x01）
{
CanDataLength=RBSR&0X0F；
P=&RBSR；
for（i=1；i
{
RX_buffer[i]=*p++；
}
RXD_flag=1；
CMR=0X04；
Judge=ALC；
Judge=ECC；
}
...
4. 结语
控制器作为煤矿监测点和监控计算机之间的通信桥梁，要满足井下安全生产要求，能够适应井下恶劣的工作环境；同时要有良好的兼容性和实时性。控制器的设计在能够实现基本功能外，还要考虑可靠性、兼容性和抗干扰性，提高控制器的整体性能，对煤矿的安全生产提供应有的保障。其可靠性还降低了煤矿安全生产的投入成本，提高煤矿的经济效益。
5. 参考文献
[1] 徐乐年，高爽，李文静.一种新型通信分站的设计[J].工矿自动化，2011，（3）：70-73.
[2] 冀红举，段朝伟，张孟超. 基于RS-485总线的温室远程监控系统[J].测控自动化，2012，28（4）：43-45.
[3] 胡 波，朱宗玖，田红光.基于CAN总线的煤矿安全监控系统[J].煤矿机械，2012，33（2）：230-232.
[4] 纪文志，陈国忠，唐家山. 基于 CAN总线智能节点的设计与实现 [J].微型计算机与应用，2012，31（2）：44-49.
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[6] 陈祖海，潘明. 基于SJA1000IP核的CAN总线通信系统[J].单片机与嵌入式系统应用，2012，（7）：37-40.
智能控制器范文4
关键词：智能控制装置；太阳能热水器；应用要点
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.058
1 我国太阳能热水器发展现状
现阶段我国太阳能热水器技术发展迅速，已经成为全球最大的太阳能热水器生产国家。但行业中缺乏统一的标准规范，各个太阳能热水器控制器生产厂家各有一套生产标准，控制器研发处于起步阶段。随着市场规模的逐渐扩大，市场上出现越来越多的太阳能热水器控制器，大部分控制器不够完善，存在一些问题，这些问题主要表现为：系统可靠性不足、控制精度误差较大、系统抗干扰能力差、系统运行时间长极易出现乱码、功能设计不完善、存在严重浪费等。
随着传统能源逐渐显露出枯竭的趋势，人们愈来愈青睐清洁能源。太阳能利用技术最成熟的产品就是太阳能热水器，其市场份额逐渐扩大，发展前景广阔。但现阶段生产行业较为混乱，投资力度不足，研发力量薄弱。大量企业涌入到行业中，却没有实现预期收益。加上部分企业规模较小，投资额度不满足规模经济的基本要求。
2 太阳能热水器原理概述
本部分笔者主要介绍太阳能热水器工作原理，为后期论述做好铺垫。
2.1 工作原理
现阶段我国市场上太阳能热水器种类较多，本文中笔者主要分析平板强制式太阳能热水器的工作原理，一般该种类型的太阳能热水器选择电加热或空气源热泵为辅助热源，其结构原理如图1所示。
如上图所示，太阳能热水器系统构成相对简单，主要包括水箱、控制器与平板集热器。平板集热器用户选择型号时依据自身情况进行。传统太阳能热水器通常选择直接加热的形式，集热器中被水箱注入冷水，加热完成后通过虹吸作用返回水箱。但集热器内温度会达到80℃，直接加热的方式会造成集热器内部出现结垢问题，影响集热器的正常使用与寿命。
本设计中采用间接换热方式，也就是集热器内部装满一种不易导热的具有较高热传导率的介质。集热器吸收太阳能热能后，介质不断流过水箱，将热量传导给水箱内的冷水，完成换热，实现提高温度的目的。这样不但不会产生结垢，还可以保证水质的清洁。
集热器加热过程中，介质循环道路与水箱都是一个密闭空间，一旦温度升高，回路与水箱内部的压力慢慢增大，为避免压力过大出现循环回路与水箱爆炸，将膨胀罐安装在循环回路上，当压力超过一定范围后会直接顶开膨胀罐的压力阀，将压力保持在合适的范围；当水箱内部压力过大超过安全阀的最大压力，直接顶开安全阀，降低内部压力，避免水箱被破坏。
2.2 太阳能热水器控制装置的作用
现阶段社会经济不断发展，人们物质生活水平不断提高，对家用电器提出更高的要求，其中最主要的就是智能化要求。太阳能热水器作为典型的绿色环保家用电器，凭借能源利用、结构简单及操作方便的特点得到用户的广泛认可。而本设计方案中本课题从家用太阳能的基本构造和功能特性出发，设计改造出一款新型的太阳能热水器来提高对太阳能这种可再生能源的利用率，降低像煤炭、天然气等这种非再生能源的使用。由于地球自转，同一地点的太阳高度角每时每刻都在变化，若太阳能角度固定，则会导致太阳能的利用率降低。为了解决这个问题，设计出像向日葵那样能随太阳角度变化而变化的太阳能热水器，提高太阳能热水器对太阳能的利用率。
3 智能控制装置在太阳能热水器中的应用
通过对太阳能热水器的设计，能够让太阳能热水器随着太阳高度角的变化而变化，始终能让太阳能热水管接受到最大化的太阳辐射，提高太阳能的利用率。在同样的时间内，更加迅速的提高水温。特别是在冬天，能够更加稳定的提供人们家庭生活用水。利用我们所设计的新型高效太阳能热水器可以更好地的达到人们的日常需求，减少人们电、天然气、煤炭等能源的消耗，节约能源。从目前来看，还没有任何一家国内外公司设计出一款能够像向日葵那样随太阳角度变换而变化的太阳能热水器，从而提高太阳能利用率。在太阳能设计人员和国家面积如此庞大的情况下，如果能够提高太阳能的利用率，实现经济化原则，将对人民生活产生巨大影响。具体研究方案如下所示。
3.1 技术路线
通过实验和数据整理分析和揭示高效太阳能热水器的可行性。采用现场调研、理论分析、室内试验、数值模拟计算等相结合的综合方法，在日常生活中，太阳高角度每时每刻都在发生着变化，由于早晨和晚上的太阳高度角小，光热分散，热水器集热管获得太阳辐射能量少，会使太阳能的利用率降低。如果当热水器的集热管像向日葵那样根据太阳位置自动调节角度，始终让太阳高度角为90度，则光热集中，同面积下的热水器集热管获得的太阳辐射能量多，提高热水器的热效率，提高了再生能源的利用率。
3.2 具体措施
为解决以上问题，我们在原式太阳能的基础上加以改进，以提高能源利用率和经济转化为原则改进原式太阳能热水器，如图3：
本装置的主要器件有：太阳能储水器、热水器集热管、太阳能电池板、测光器、蓄电池、齿轮电动机、齿轮导轨、移动固定点
测光器（即光电器件）对电动机产生控制信号，就可实现装置对太阳光的自动跟踪。自动跟踪的另一种方法则是利用简单的时钟控制技术，即当时钟控制器走至某预定的时刻就使电动机的电源接通而将整个太阳能热水器装置旋转一个角度，然后断开电动机电源；到下一预定时刻又重复上述过程，这两种方法都可实现热水器的旋转，保证热水器集热管能够获得最多的太阳辐射能量。
整个装置的转动是靠齿轮电动机和齿轮导轨的啮合来完成的，齿轮导轨是一个360度的整圆，可全方位的调整太阳能热水器的角度，以保证太阳高度角成90度。
齿轮电动机的转动是靠蓄电池的电量来维持的，而蓄电池的电量则是由太阳能电池板把太阳能转换为电能来获得的。这样整个装置的热能、电能、动能全部来自太阳能，一来提高了太阳能的利用率，二来实现清洁生产。
4 结语
总而言之，随着人民经济水平和生活质量的提高，人们对生活用品的要求也越来越高，现在是任何形式的居民用房，都会安装太阳能热水器。传统的太阳能热水器，由于角度固定，接受太阳辐射的能量会随时间的变化而变化，降低了太阳能的利用率。本文中笔者以太阳能热水器应用现状为切入点，通过分析太阳能热水器工作原理，给出如何控制太阳能热水器旋转的方法，希望为行业技术水平提高贡献一份力量。
智能控制器范文5
1.1控制方案
以CAM智能控制系统为平台，创建神经网络模型，开发出脱硝控制模块，从而实现脱硝装置的自动化智能控制。此系统的核心技术是以神经网络为内核的多变量模型预测技术、反馈校正技术和滚动优化技术。在现有DCS系统的基础上，增加这套CAM智能控制系统，通过对DCS上传数据的分析、优化，把最佳决策反馈给DCS系统，对被控装置进行智能化、全自动化操作。
1.2网络架构
CAM智能控制系统是在DCS控制系统基础上增加一台上位机用作CAM服务器。DCS系统都有配套的OPCserver软件，在与CAM服务器建立连接前需启用OPCserver服务并配置DCOM，作为OPC数据服务端使用；CAM服务器作为OPC客户端也需要配置DCOM。两者配置完成后即可通过OPC通讯进行数据交流。
1.3神经网络建模
神经网络（NeuralNetworks,NN）是由大量的、简单的处理单元（称为神经元）广泛地互相连接而形成的复杂网络系统，具有大规模并行、分布式存储和处理、自组织、自适应和自学能力，特别适合处理需要同时考虑许多因素和条件的、不精确和模糊的信息处理问题[4]。神经网络是一种运算模型，由大量的节点（或称神经元）之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数，称为激励函数（activationfunction）。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值，称之为权重，这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式，权重值和激励函数的不同而不同。一个典型的神经网络结构包含输入层、隐含层（用户看不见这些层，所以叫隐含层）和输出层，其中隐含层可以是多层的结构。外部数据由输入层引入神经网络系统，经过隐含层的分析处理后，计算结果通过输出层给外界。
2脱硝装置自动控制的实施
2.1数据收集与处理
脱硝装置自动化智能控制的预测模型需要采集一段时间的数据用于回归模型参数，一般不少于3个月。为保证模型有较宽的适用范围，数据的覆盖面必须较宽。直接导出DCS历史数据是比较方便的数据采集方法，若DCS历史数据缺失则需要在CAM服务器上通过OPC通讯采集到足够多的数据。有些信号数据需要进行降噪处理，一阶滤波是可适用的最简单的一种降噪处理方法，可以提高数据有效性，缩短数据采集时间。主要采集数据包括：氮氧化物浓度、含氧量、氨浓度、一级筒出口氮氧化物浓度、一级筒出口含氧量、氨水泵频率、氨水压力、氨水流量等。
2.2模型建立
为实现为氮氧化物浓度的自动控制，降低氮氧化物浓度波动，控制器引入了多个变量做前馈或约束变量，提高神经网络模型预测准确度及安全性。氨水泵频率是控制器的操作变量（MV），若使用的是工频泵，操作变量可换为阀门开度等其他可调节氨水流量的变量。在实际运行中，各种变量信号引入控制器后，通过神经网络模型计算出氨水泵频率需要改变的值ΔMV，将氨水泵频率现在时刻的设定值（SP）与ΔMV相加后得出新的设定值输送到DCS中，从而改变氨水泵工作频率，实现自动调节氮氧化物浓度。一级筒出口氮氧化物浓度是控制器的干扰变量（DV），因其距离脱硝装置喷氨模块更近，控制器引入该干扰变量可以有效消除脱硝系统的长时滞不良影响，提高控制稳定性。若一级筒出口测量仪表损坏，可使用烟囱出口氮氧化物浓度折算值的变化率替代该干扰变量。如果水泥窑协同处理生活垃圾，垃圾喂料量是一个很强的干扰变量，必须加入控制器中。在江苏某水泥厂投用CAM智能控制系统时发现，因垃圾喂料量在不断地波动，氮氧化物浓度很难控制稳定。在将垃圾喂料量作为干扰变量引入控制器并重新训练神经网络模型，新控制器投用后氮氧化物浓度稳定性显著提高。喂煤量、炉窑温度及其他窑况变化等也会对氮氧化物浓度产生一定的影响，虽然这些影响可以依靠氮氧化物浓度反馈值消除，但在神经网络模型中引入这些变量可以大大提高神经网络模型的鲁棒性，对提高不同工况下氮氧化物浓度稳定性有较大的帮助。
3案例介绍
脱硝装置CAM智能控制系统在安徽省某水泥厂5800t/d生产线进行了应用，脱硝控制器投用前(APCOFF)，氮氧化物浓度波动大，平均值316.2mg/m3，标准偏差34.6mg/m3；脱硝控制器投用后(APCON)，氮氧化物浓度控制稳定，平均值378.8mg/m3，标准偏差11.6mg/m3。在排放达标的前提下适当提高氮氧化物浓度控制目标值，可以节省氨水用量，预计该厂每年可节省氨水用量10%以上。
4结论
智能控制器范文6
关键词：人工智能;电气;自动化
人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法 技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支 它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器．该领域的研究包括机器人．语言识别、图像识别 自然语言处理和专家系统等。电气自动化是研究与电气工程有关的系统运行、自动控制，电力电子技术、信息处理、试验分析 研制开发以及电子与计算机应用等领域的一门学科。实现机械的自动化，让机械部份脱离人类的直接控制和操作自动实现某些过程是电气自动化和人工智能研究的交汇点。积极运用人工智能的新成果无疑有利于电气自动化学科特别是自动控制领域的发展．也有利于提高电气设各运行的智能化水平．对改造电气设备系统，增强控制系统稳定性．加快生产效率都有重大意义。
1、人工智能应用理论分析
人工智能(Artificial Intelligence)，英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟，延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质．并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器 该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别 自然语言处理和专家系统等。自从1956年“人工智能 一词在Dartmouth学会上提出以后，人工智能研究飞速发展，成为以计算机为主．涉及信息论．控制论， 自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学的一门学科。人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂的工作。
当今社会，计算机技术已经渗透到生产生活的方方面面．计算机编程技术的日新月异催生自动化生产，运输 传播的快速发展。人脑是最精密的机器，编程也不过是简单的模仿人脑的收集、分析、交换、处理、回馈．所以模仿模拟人脑的机能将是实现自动化的主要途径。电气自动化控制是增强生产．流通、交换、分配等关键一环．实现自动化，就等于减少了人力资本投入，并提高了运作的效率。
2、人工智能控制器的优势
不同的人工智能控制通常用完全不同的方法去讨论。但Al控制器例如：神经、模糊、模糊神经以及遗传算法都可看成一类非线性函数近似器。这样的分类就能得到较好的总体理解．也有利于控制策略的统一开发。这些Al函数近似器比常规的函数估计器具有更多的优势．这些优势如下：
(1)它们的设计不需要控制对象的模型(在许多场合，很难得到实际控制对象的精确动态方程，实际控制对象的模型在控制器设计时往往有很多不确实性因素，例如：参数变化，非线性时，往往不知道)。
(2)通过适当调整(根据响应时间 下降时间、鲁棒性能等)它们能提高性能。例如模糊逻辑控制器的上升时间比最优PID控制器快1.5倍 ，下降时间快3.5倍， 过冲更小。
(3)它们比古典控制器的调节容易。
(4)在没有必须专家知识时．通过响应数据也能设计它们。
(5)运用语言和响应信息可能设计它们。
总而言之，当采用自适应模糊神经控制器、规则库和隶属函数在模糊化和反模糊化过程中能够自动地实时确定。有很多方法来实现这个过程，但主要的目标是使用系统技术实现稳定的解，并且找到最简单的拓朴结构配置．自学习迅速，收敛快速。
3、人工智能的应用现状
随着人工智能技术的发展，许多高等院校及科研机构就人工智能在电气设备的应用方面展开了研究工作，如将人工智能用于电气产品优化设计，故障预测及诊断、控制与保护等领域。
3.1 优化设计
电气设备的设计是一项复杂的工作 它不仅要应用电路、电磁场、电机电器等学科的知识，还要大量运用设计中的经验性知识。传统的产品设计是采用简单的实验手段和根据经验用手工的方式进行的．因此很难获得最优方案。随着计算机技术的发展，电气产品的设计从手工逐渐转向计算机辅助设计(CAD)，大大缩短了产品开发周期。人工智能的引进．使传统的CAD技术如虎添翼．产品设计的效率及质量得到全面提高。用于优化设计的人工智能技术主要有遗传算法和专家系统。遗传算法是一种比较先进的优化算法，非常适合于产品优化设计。因此电气产品人工智能优化设计大部分采用此种方法或其改进方法。
3.2 故障诊断
电气设备的故障与其征兆之间的关系错综复杂，具有不确定性及非线性．用人工智能方法恰好能发挥其优势。已用于电气设备故障诊断的人工智能技术有：模糊逻辑、专家系统、神经网络。
变压器由于在电力系统中的特殊地位而备受关注，有关方面的研究论文较多。目前对变压器进行故障诊断最常用的方法是对变压器油中分解的气体进行分析．从而判断变压器的故障程度。人工智能故障诊断技术在发电机及电动机方面的研究工作也较为活跃。
3.3 智能控制
人工智能控制技术在自动控制领域的研究与应用已广泛展开．但在电气设备控制领域所见报道不多。可用于控制的人工智能方法主要有3种：模糊控制、神经网络控制、专家系统控制。由于模糊控制是其中最为简单、最具实际意义的方法．因而它的应用实例最多。
