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1 前言
自動控制系統在調試過程中通常會遇到很多關于參數整定的問題（如常見的PID參數整定等）。這些參數的最終整定情況將直接影響系統的性能指標。而對于這些參數，在調試過程中如果沒有一種方便有效的整定方法就很難把系統調到最優狀態。
2 調試裝置的提出
在早期的控制系統（下文以速度閉環控制系統為例說明）中，調節器大部分由模擬線路實現。系統的各種參數只能通過調節電位計，更換電阻、電容等方法來調整。由于操作的不便利以及器件的離散性和系統本身各參數之間的相互影響等原因，系統的調試比較困難，也不容易把參數整定到最佳值。調參數有時需要更換元器件，因此也不能實現完全在線參數整定。隨著數字調節器的應用，相應的參數整定也有了新的思路和方法。在許多工程實踐當中，由于條件限制和成本考慮，數字控制器作為核心控制部件只用于完成控制模型和邏輯功能的實現，與外部的操控接口界面很單一，只是上電、斷電、模擬量給定等一些簡單輸入，輸出則只能看系統的響應動作，沒有量化的內容。系統的調試還需要斷電重新更改程序，然后開電操作，一步步調整才能完成，很不方便。
基于不改變原有數字控制器功能，而又要簡化系統參數整定和調試過程的考慮，于是就提出了設計一個接口簡單、界面友好、輸入輸出方便的通用調試裝置的構想。該裝置主要由主控單元、鍵盤顯示屏單元、信號發生單元、輸入輸出單元等部分構成。主控單元核心部件選擇華邦的W77LE58芯片，該芯片工作電壓為2.7~5.5V，集成了32K flash程序存儲器和1K+256 SRAM數據存儲器，有雙串口功能，并有較快的指令執行速度，實踐證明對于這種便攜的調試裝置很適用。裝置通過485串口線及輸出量監控線和輸入激勵線與系統相連。連接框圖如圖1所示。
圖1 系統連接框圖
3 工作原理
具體的工作原理是，操作人員通過鍵盤選擇合適的激勵信號作用于系統后，觀察系統機構動作及顯示屏輸出的系統參數和狀態，判斷系統的響應情況，并由此確定下一步調整的參數值，通過鍵盤寫入相應值，觀察系統參數更改后的響應情況，也可以重新加激勵，觀察系統對各個頻帶的響應情況，經過反復的參數調整，直到系統達到最優。
4 硬件構成
原系統需增加EEPROM來存儲更改后的參數值，擴展485串口與裝置通信。
調試裝置的主控板以W77LE58為主控部件，完成對AD、DA芯片的控制，并處理來自外部的數字信號產生相關的邏輯；串口1通過485芯片與控制系統連接，輸入和輸出控制系統相關參數；串口2通過485芯片與鍵盤顯示單元連接，處理外部輸入的信息，并把結果傳給顯示屏。信號發生單元主要由正弦波、三角波、方波、鋸齒波和階躍信號發生器等組成（這些信號發生器還可用于調試功率放大器如PWM的產生電路等）。輸入輸出單元主要用于信號隔離、調節和放大等處理，由光藕、運算放大器、三極管等電路組成。
5 軟件說明
系統主控制器在每個采樣周期把相關的各監控量和狀態字存于某一段存儲單元中，并接收來自串口的中斷，通過中斷程序把相應已存儲的數值和現在各參數值傳給調試裝置，并接收來自調試裝置的控制參數和狀態命令。退出中斷后把相應的參數存入 EEPROM單元中，并按命令字執行相應的動作。系統主控制器中斷程序框圖如圖2所示。
圖2 系統主控制器中斷程序框圖
調試裝置的程序主要完成鍵盤掃描、顯示控制、激勵控制、系統輸出采樣轉換等任務。調試裝置主控制器程序框圖如圖3所示。
圖3 調試裝置主控制器程序框圖
參數的調整不一定僅僅局限于傳統的PID閉環調節器參數，其他一些可變參數都可以通過該裝置來調節，如積分器的限幅參數、角度值、系統時間值等。這些參數的可調整性將大大降低系統調試的工作量，同時對系統運行情況監測，為故障診斷提供了可靠的依據。
6 應用專家系統構成的智能調試裝置
如果把用于判別系統激勵和響應的關系后作出相應參數更改決策的專家系統編程寫入調試裝置后，調試裝置可智能完成系統的參數整定過程。具體操作是把系統的目標參數（如調節時間，超調量等）通過鍵盤寫入調試裝置后，調試裝置通過專家系統自動給出相應的激勵并判斷響應、更改參數，直到系統最終達到指標要求。專家系統的實質是基于受控對象和控制規律的各種知識，以智能的方式來利用這些知識，求得受控系統盡可能的優化和實用化，它反映出智能控制的許多重要特征和功能。隨著微機技術和人工技術的發展，出現了多種形式的專家控制器。下面以利用專家經驗來建立PID參數為例說明：
專家PID控制系統原理框圖如圖4所示。它是在PID算法的基礎上，增加了誤差e和誤差變化△e以及查Fuzzy矩陣、查知識集、知識調整幾個軟件模塊。
圖4 專家PID控制系統原理框圖
這種集合了專家PID控制器的智能化調試裝置能根據專家知識和經驗實時調整PID參數，具有良好的控制特性和魯棒性。此外，主控制器結構簡單，執行時間短，因此應用于控制系統中可以大大簡化調試過程，并提高系統的性能和適應性。
7 結論
大量的工程實踐證明該調試裝置在簡化系統調試過程，減少系統開銷降低成本，增加系統保密性，提高系統可靠性等方面都具有很大的現實意義。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號