基于DDE技术的温度试验系统

鲁亮　周本权

摘 要： 针对飞行器使用全寿命过程热载荷模拟试验的要求，设计了一套温度试验系统，利用DDE技术实现了快温变条件下温度控制参数的自整定功能。该系统可为飞行器全寿命期相关热设计提供技术支持。

关键词： DDE技术； 自整定控制； 温度试验； 组态技术

中图分类号： TN06?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）09?0090?03

0 引 言

飞行器升空过程中，气动摩擦将导致飞行器外壳体表面温度迅速升高[1?2]。为了准确模拟飞行器使用全寿命过程中的热载荷历程，有必要进行快温变热模拟试验技术的研究工作。

组态软件画面开发系统强大，支持大量国内外智能温控仪表驱动，目前被广泛地应用于温度试验设备的设计中。然而，单纯应用监组态软件较难实现复杂温度控制算法；DDE（Dynamic Data Exchange，动态数据交换）技术是建立在Windows内部消息系统的，与语言无关的数据交换协议，可实现应用程序之间的数据动态交换[3?5]。本文设计了一套快温变热加载温度试验系统，利用DDE技术将组态软件中的温度参数传至编程软件，经复杂温控算法处理后传回，实现了温度监控系统的控制参数自整定调节功能，增强了系统的自适应能力，可为飞行器全寿命期相关热设计提供技术支持。

1 试验系统硬件设计

系统硬件结构如图1所示。本温度试验系统由上位机、智能温控仪表及加热输出终端组成。

温控仪表选用岛电科技FP23型智能温控仪，FP23实时采集试验件温度数据，并通过485串口将数据传递至上位机，上位机监控软件通过DDE技术将动态实时温度与设定值传至温控算法程序，温控算法程序计算后，又通过DDE技术将温控参数的计算结果交换至监控软件并传至FP23，FP23适时调整温控参数，控制加热输出[6]。

图1 温度试验系统硬件结构设计示意图

2 自整定控制算法设计

温度试验在变温段SV是实时变化的，且温度控制系统自身通常具有时滞、时变的特点，因此传统PID控制并不适用，而模糊控制适用于时滞、时变、扰动的场合，但是在恒温段容易产生一定误差[7]。考虑到温控系统准确性、加热跟随性、温度过冲量等因素，本系统在传统PID控制的基础上，利用模糊控制的思想进行了温度控制算法的改进设计。具体思路为：首先依据某温度试验任务非线性热加载条件，选取温度特征点对试验件进行温度加载，利用切线法根据温度阶跃响应结果，如图2所示，构建响应温度控制模型，并根据Z?N法分析快温变系统控制模型随温度变化规律。

图2 切线法求温度控制特征参数

模糊控制的特点在于其论域的选择，论域的范围直接影响温度控制水平[8]。本文依照模糊控制思想，设计自校正逻辑推理，以SV与PV的偏差值及偏差变化速率为输入量，并根据温控模型随温度变化规律，设定PID控制参数变化范围，即达到了模糊控制论域的效果，且由于事先计算分析了特征温度点温控模型，使PID控制参数不会随意发散，既提高了控制抗扰动、适应性能力，又保证了温度控制精度。PID自整定结构框图如图3所示。

图3 PID自整定调节器结构图

3 试验监控软件设计

3.1 监控画面设计

本温度试验系统上位机监控软件选用三维力控组态软件（ForceControl）实现，力控组态软件可以很方便的制作温度试验系统的监控画面，可实现温度曲线的设置、加热控制，温度数据读取、报警、事件处理等功能[9]。图4为中国工程物理研究院总体所环境中心气候组设计的一套六温区温度试验系统温度监控主界面。

3.2 力控组态中DDE的设置

当力控作为客户端访问其他DDE服务器时，是将DDE服务器当作一个I/O设备，并专门提供了一个DDE Client驱动程序实现与DDE服务器的数据交换。在使用力控DDE Client驱动程序访问其他DDE服务器前，首先要清楚DDE服务器的应用程序名、主题名、项目名规范等基本信息。具体步骤如下：首先定义I/O设备；在下一步中，“服务名称”指定为VB应用程序名，本例为“T_test”；“主题名称”指定为VB应用程序窗体名称，本例为“DDEServer”；在数据库中创建数据库点TempPV、TempSV，并将数据点数据连接项中的DDE数据项分别指定为VB程序中实时温度PV及温度设定值SV接受名，如图5所示。

图4 六温区温度试验加热系统主界面

图5 力控组态中的DDE设置

3.3 VB中DDE的设置

VB应用程序作为DDE服务器，在VB开发环境下设置如图6所示，操作过程如下：

（1） 新建工程项目，将窗体更名为DDEServer：其他不需要做任何设置；

（2） 窗体DDEServer的设置如图6所示。其中：LinkMode：1?Source（表示程序作为服务端）LinkTopic：窗体的名字（即DDEServer）；

（3） 力控组态软件中的TemplePV及TempSV即与VB中实时温度变量PV及温度设定变量SV构成动态数据连接。

在VB程序中实现本文温度控制算法，即可实时计算出温控参数PID的值，实现温度的自整定控制[9]。

图6 VB中的DDE设置

4 结 语

在某产品温度试验中，要求对试验件进行响应温度5 ℃/min升温考核，升温过程中温度偏差不超过3℃。使用本温度试验系统完成了此次试验任务，温度偏差小于0.6 ℃，很好的满足了温控要求。本系统利用组态软件强大人机界面交互功能，结合VB语言程序设计的灵活性实现了温度控制参数的自适应调节，具有较强的工程实际应用价值。

参考文献

[1] 蒋持平，柴慧，严鹏.近空间高超声速飞行器防热隔热与热力耦合研究进展[J].力学与实践，2011（1）：1?9.

[2] 黄伟，罗世彬，王振国.临近空间高超声速飞行器关键技术及展望[J].宇航学报，2010（5）：1259?1265.

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[5] 胡锦晖，胡大斌.基于DDE技术的监控软件及其实现[J].微计算机信息，2004（11）：70?71.

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[8] 曹宗岭.基于模糊控制算法的炉温实时监控系统[D].沈阳：沈阳航空航天大学，2011.

[9] 王文强.基于PLC与力控组态软件实现的温度控制系统[J].化学工程与装备，2009（12）：82?86.

[10] 史延龄.基于VB 6.0和DDE的组态王与智能仪表的通信研究[J].工业控制计算机，2011（4）：80?81.

[11] 霍佳皓，李洪祚.半导体激光器温度控制电路设计[J].现代电子技术，2013，36（20）：153?155.

[12] 罗乐，笪贤进.基于遗传算法的温度控制系统设计[J].现代电子技术，2013，36（18）：16?18.

图6 VB中的DDE设置

4 结 语

在某产品温度试验中，要求对试验件进行响应温度5 ℃/min升温考核，升温过程中温度偏差不超过3℃。使用本温度试验系统完成了此次试验任务，温度偏差小于0.6 ℃，很好的满足了温控要求。本系统利用组态软件强大人机界面交互功能，结合VB语言程序设计的灵活性实现了温度控制参数的自适应调节，具有较强的工程实际应用价值。

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图6 VB中的DDE设置

4 结 语

在某产品温度试验中，要求对试验件进行响应温度5 ℃/min升温考核，升温过程中温度偏差不超过3℃。使用本温度试验系统完成了此次试验任务，温度偏差小于0.6 ℃，很好的满足了温控要求。本系统利用组态软件强大人机界面交互功能，结合VB语言程序设计的灵活性实现了温度控制参数的自适应调节，具有较强的工程实际应用价值。

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