探索儀器儀表中的自動(dòng)化控制及其應(yīng)用

胡斌

摘 要 隨著計(jì)算機(jī)與人工智能領(lǐng)域的快速發(fā)展，近年來我國在儀器儀表自動(dòng)化控制領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了較為長足進(jìn)步，相關(guān)研究的大量涌現(xiàn)便能夠證明這一認(rèn)知?；诖?，本文將簡單分析儀器儀表中的自動(dòng)化控制，并結(jié)合實(shí)例深入探討自動(dòng)化控制的應(yīng)用，希望研究內(nèi)容能夠?yàn)樾袠I(yè)發(fā)展帶來一定啟發(fā)。

關(guān)鍵詞 儀器儀表 自動(dòng)化控制 步進(jìn)電機(jī)

中圖分類號：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0前言

在各行業(yè)自動(dòng)化程度不斷提升的今天，儀器儀表自動(dòng)化控制的受關(guān)注程度也隨之不斷提升。結(jié)合實(shí)際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)化控制、智能化控制、虛擬化控制均屬于儀器儀表自動(dòng)化控制的典型，為更好發(fā)揮自動(dòng)化控制的優(yōu)勢，滿足我國各領(lǐng)域發(fā)展需要，正是本文圍繞儀器儀表中的自動(dòng)化控制及其應(yīng)用開展具體研究的原因所在。

1儀器儀表中的自動(dòng)化控制

1.1自動(dòng)化控制概述

現(xiàn)階段儀器儀表自動(dòng)化控制主要涉及溫度控制、壓力控制、流量控制等內(nèi)容，在煤礦開采、國家電網(wǎng)、智能家居等領(lǐng)域，儀器儀表自動(dòng)化控制均有著較為廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，光導(dǎo)纖維、高分子復(fù)合材料、碳納米管等新型材料，以及化學(xué)敏、氣敏、濕敏等器件均為儀器儀表自動(dòng)化控制奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，自動(dòng)化控制的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、小型化發(fā)展趨勢也因此不斷增強(qiáng)，由此實(shí)現(xiàn)的儀器儀表自動(dòng)化控制應(yīng)用范圍擴(kuò)大、成本降低必須得到重視。

1.2典型應(yīng)用

儀器儀表性能改進(jìn)、虛擬儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、儀器儀表網(wǎng)絡(luò)化均屬于自動(dòng)化控制在儀器儀表領(lǐng)域的典型應(yīng)用，具體應(yīng)用如下：（1）儀器儀表性能改進(jìn)。通過智能硬件與智能軟件的結(jié)合、智能算法的應(yīng)用，自動(dòng)化控制可有效改進(jìn)儀器儀表性能，測量功能增加、測量準(zhǔn)確性和速度提升均可由此實(shí)現(xiàn)。在具體實(shí)踐中，基于模糊控制算法的自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)、基于蟻群算法遺傳算法的儀器儀表工作效率提升、結(jié)合芯片的儀器儀表現(xiàn)場調(diào)試均屬于其中典型，儀器儀表的性能、工作效率均將實(shí)現(xiàn)長足提升。（2）虛擬儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在基于自動(dòng)化控制的儀器儀表改造過程中，虛擬器的應(yīng)用較為廣泛，通過結(jié)合虛擬儀器驅(qū)動(dòng)器，即可實(shí)現(xiàn)即插即用，實(shí)現(xiàn)基于源代碼的服務(wù)供給。在虛擬儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)器的簡便性提升、儀器儀表自動(dòng)控制開發(fā)平臺的人機(jī)交互優(yōu)化、智能化管理均屬于其中關(guān)鍵，由此即可基于先進(jìn)的控制方法較好實(shí)現(xiàn)儀器儀表的實(shí)時(shí)、自動(dòng)檢測與維護(hù)，儀器儀表的正常運(yùn)行可得到較好保障。（3）儀器儀表網(wǎng)絡(luò)化。在應(yīng)用儀器儀表的過程中，可引入計(jì)算機(jī)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，由此即可在智能化的軟件與硬件功能支持下，更好開發(fā)儀器儀表的潛力，如模式識別、自組織、自學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)、聯(lián)想記憶。通過儀器儀表的網(wǎng)絡(luò)化，儀器儀表的優(yōu)勢與計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢可實(shí)現(xiàn)充分結(jié)合，配合相關(guān)模式識別軟件，不同種類的儀器儀表即可更為快速、準(zhǔn)確的完成臨界值測定，儀器儀表的應(yīng)用目的可更好得以滿足。此外，近年來傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模式正逐漸被我國各類企業(yè)所拋棄，分布式數(shù)據(jù)采集體系由此逐漸取代單獨(dú)實(shí)行的數(shù)據(jù)采集，這不僅使得數(shù)據(jù)采集的遠(yuǎn)程操作順利實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)控可為數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、運(yùn)用工作的開展提供有力支持，配合智能化技術(shù)，數(shù)據(jù)不正確問題的及時(shí)解決、儀器儀表實(shí)時(shí)控制實(shí)現(xiàn)均可獲得有力支持。

2實(shí)例分析

為提升研究的實(shí)踐價(jià)值，本文以汽車儀表步進(jìn)電機(jī)作為研究對象，以此深入探討儀器儀表的自動(dòng)化控制應(yīng)用。作為將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為機(jī)械角位的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)可在電脈沖信號驅(qū)動(dòng)下按一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)固定角度，角位移量可基于脈沖個(gè)數(shù)的控制實(shí)現(xiàn)控制，準(zhǔn)確定位的目的可由此順利實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的加速度和速度控制可基于控制脈沖頻率得到有效控制，調(diào)速的目的也能夠由此實(shí)現(xiàn)。由于具備工作可靠、慣性小、精度高等、可實(shí)現(xiàn)高精度快速開環(huán)控制等優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)在汽車儀表指針控制中的應(yīng)用較為廣泛化，為保證步進(jìn)電機(jī)更好服務(wù)于汽車儀表的自動(dòng)化控制，必須設(shè)法保證步進(jìn)電機(jī)的質(zhì)量，因此本文建議針對性設(shè)計(jì)汽車儀表步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。

圖1為典型的汽車儀表步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊三個(gè)主要模塊組成，步進(jìn)電機(jī)控制模系統(tǒng)可由微處理器集成，并采用圖2所示的步進(jìn)電機(jī)脈沖控制設(shè)計(jì)。微處理器應(yīng)由脈寬調(diào)制脈沖發(fā)生器與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的控制由選擇器和PWM脈沖發(fā)生器的邏輯組合實(shí)現(xiàn)，具體硬件包括ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入采集、驅(qū)動(dòng)邏輯選擇、電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口、脈沖波形發(fā)生器。

可采用圖3所示的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，采用兩路模擬脈沖信號控制，共設(shè)計(jì)兩種驅(qū)動(dòng)模式，分別為微步模式和分步模式，電機(jī)的控制可基于控制PWM占空比實(shí)現(xiàn)。為減小齒輪磨損，可設(shè)法去除PWM信號中的尖波信號，具體設(shè)計(jì)可將電容元件串聯(lián)于引腳兩端，車速數(shù)據(jù)可采用電機(jī)顯示，車輛信息可實(shí)現(xiàn)更為準(zhǔn)確、快速、直觀的傳達(dá)，安全反應(yīng)時(shí)間也能夠由此實(shí)現(xiàn)有效縮短。

綜上所述，儀器儀表中的自動(dòng)化控制及其應(yīng)用需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的儀器儀表性能改進(jìn)、虛擬儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、儀器儀表網(wǎng)絡(luò)化等內(nèi)容，則提供了可行性較高的儀器儀表自動(dòng)化控制路徑。為更好發(fā)揮自動(dòng)化優(yōu)勢，相關(guān)人員必須不斷提升自身探究自動(dòng)化控制技術(shù)的熱情，并將各類新型技術(shù)引入自動(dòng)化控制領(lǐng)域，以此保證儀器儀表更好滿足我國各行業(yè)發(fā)展需要。

參考文獻(xiàn)

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