基于嵌入式的温度控制系统与算法研究

论文摘要

表面粘贴技术是一门涉及元器件、组装设备、焊接方法和组装辅助材料等内容,将电子元器件组装或贴装到印刷电路板（PCB）上的综合技术,被认为是电子组装技术的一次革命。随着国际信息产业无铅化的发展和IC芯片的技术革新,对电子信息产品无铅化需要的技术——回流焊接工艺提出了新的要求:利用更先进的控制方式在高温度、高温差、温度均匀、温度柔性化和垂直烘烤下进行无铅焊料的焊接,以达到提高生产质量,节约能量的目的。本文设计了基于嵌入式的温度控制系统,首先介绍温度控制的硬件结构,对主要电路进行设计,采用PHILIPS公司的LPC2212做为温度控制系统的核心处理器,在回流焊上植入嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ,搭建了一个任务管理平台,通过实时内核来对任务进行调度、管理,完成对回流焊工作任务的控制,采用μC/OS-Ⅱ为基础操作平台的设计工业控制系统,可以克服传统的采用前后台控制和中断响应方式所难以很好解决的实时响应差、控制效率低的缺点。实际运行结果表明该系统稳定性好,可靠性高,人机界面友好,维护简单。参数优化是许多科学、工程问题以及社会经济活动中的重要研究内容。针对该系统的实际情况,提出了基于进化算法的PID整定策略,主要讲了遗传算法和微粒子群算法,其中遗传算法能通过自学习能力对模型的控制参数进行了优化,找到了较好的控制参数,本文借助积分分离算法在阶跃响应的仿真中的对比,实验表明遗传算法的PID整定策略要大大优于传统PID算法。最后通过采用PSO算法对PID参数进行了优化,仿真结果表明该算法响应时间短,稳定收敛,精确度高,易于并行化,是一种效率很高的寻优方法,是PID参数优化的理想方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 工程背景及研究意义
• 1.1.1 工程背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 温度控制器的国内外现状
• 1.3 论文篇章结构安排
• 第二章 回流焊控制系统概况及硬件系统设计
• 2.1 多温区回流焊机结构特点和工作原理介绍
• 2.1.1 热风回流焊机主要结构特点和技术参数
• 2.1.2 热风回流焊机工作原理
• 2.1.3 系统组成
• 2.2 温度控制系统的主要硬件设计
• 2.2.1 嵌入式处理器与微控制器
• 2.2.2 系统硬件平台的选择
• 2.2.3 嵌入式微处理器ARM
• 2.2.4 部分硬件介绍
• 2.3 系统抗干扰设计
• 2.3.1 干扰源
• 2.3.2 硬件抗干扰设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统软件设计与实现
• 3.1 μC/OS-II
• 3.1.1 μC/OS-II的主要特点
• 3.1.2 μC/OS-II硬件和软件体系结构
• 3.2 μC/OS-II移植到LPC2212
• 3.3 系统的软件任务划分与实现
• 3.3.1 设计总述
• 3.3.2 任务的划分
• 3.3.3 μC/OS-II内核原理与回流焊炉控制系统的设计
• 3.3.4 系统应用程序的设计
• 3.4 PC机上的上位机软件设计
• 3.4.1 总体任务
• 3.4.2 主界面
• 3.4.3 I/O状态显示界面
• 3.5 本章小结
• 第四章 温度控制策略算法的研究
• 4.1 PID控制原理
• 4.2 控制算法对嵌入式系统的的要求
• 4.3 基于遗传算法PID参数整定
• 4.3.1 遗传算法的原理
• 4.3.2 基于遗传算法的PID整定仿真
• 4.4 基于粒子群算法参数优化
• 4.4.1 粒子群算法的原理
• 4.4.2 粒子群优化算法的数学描述
• 4.4.3 PSO算法步骤
• 4.4.4 PSO算法的仿真
• 4.4.5 PSO-PID控制器
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 后续工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间科研及论文完成情况