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实用案例:嵌入式采煤工作面安全集中监控系统

作者:时间:2014-04-18来源:网络收藏

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/259108.htm

3.4.2信号处理模块的软件设计流程

根据信号的特征和信号处理的方式,这一模块的实现主要可以分为两大部分:第一部分为对传感器传来信号的处理,它们的信号处理流程相似,我们一瓦斯信号的处理流程做例进行详解;第二部分为图像信号处理模块,不同于前面所提到的信号的处理方式,其设计到图像采集和压缩等问题,因此我们将其实现流程单独讲解。

3.4.2.1非图像信号处理软件设计

(1)PID算法介绍

为了将瓦斯浓度维持在一个正常的水平,要求系统能够接受地面控制中心的控制参数对通风电机进行控制,同时为了体现灵活性,要求系统在平时能够自我调控,减少人的工作量。本次设计选用PID控制器实现平时系统的自我调节。系统能够根据瓦斯的浓度自动调节通风电机的转速,同时又能保证在紧急时刻将控制权交给地面控制中心。PID算法控制原理如图3.4.2.1-1所示:

PID是比例、积分、微分的缩写,将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量,用这一控制量对被控对象进行控制,这样的控制器就称为PID控制器。本次设计之所以选择PID控制器,主要是考虑到PID具有以下优点:技术成熟、易被人们熟悉和掌握、不需要建立数学模型、控制效果好。

如图3.4.2.1-1所示,该系统有模拟PID控制器和被控对象组成。图中,r(t)是给定值,y(t)是系统的实际输出值,给定值与实际输出值构成控制偏差e(t),有e(t)=r(t)-y(t)。e(t)作为PID控制器的输入,u(t)作为控制器的输出和被控对象的输入。

模拟PID控制器的控制规律为:

式3.4.2.1

其中:y(t) ——调节器的输出信号;

e(t) ——调节器的偏差信号,它等于给定值与测量值之差;

KP ——调节器的比例系数;

TI ——调节器的积分时间;

TD——调节器的微分时间。

在式3.4.2.1中,比例环节的作用是对偏差瞬间做出快速反应。偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用,使控制量向减少偏差的方向变化。积分环节的作用是把偏差的积累作为输出。在控制的过程中,只要有偏差存在,积分环节的输出就会不断增大。直到偏差e(t)=0,输出的u(t)才可能维持在某一常量,是系统在给定值r(t)不变的条件下趋于稳态。微分环节的作用是组织偏差的变化。它是根据偏差的变化趋势(变化速度)进行控制。偏差变化的越快,微分控制器的输出就越大,并能在偏差值变化之前进行修正。微分作用的引入,将有助于减少超调量,克服震荡,使系统趋于稳定。

(2)瓦斯控制模块程序流程

瓦斯控制模块的流程如如图3.4.2.1-2所示:

本程序在采样时刻到达以时,才会打开相关信号通道,在本模块中先采集瓦斯浓度信号,然后程序运行。



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