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低温地面支持设备(CGSE)系统是在阿尔法磁谱仪(AMS-02)发射前完成其超导磁体的冷却、测试和超流氦加注任务的重要系统,本文所设计开发的CGSE控制系统是CGSE系统中用于完成测量、控制、监控以及部分通信任务的重要单元。CGSE控制系统的设计采用冗余分布式架构,具有很高的稳定性和可靠性。
CGSE控制系统的开发包括三个方面:硬件系统开发、控制软件开发、上位机监控系统开发。硬件系统开发:采用分布式架构,西门子S7-400H型PLC作为主控制器,远程I/O从站ET200M作为分布式从站传输各种现场数据信号和控制信号,工控机作为上位机监控系统,它们通过Profibus现场总线构架成网络。控制软件开发:采用西门子STEP7软件开发平台,采用STL程序开发语言,并将模块化编程方法和结构化编程方法结合起来设计开发控制程序。上位机监控系统开发:采用基于西门子WinCC组态软件平台的冗余式客户机/服务器模式,开发上位机监控系统。控制系统开发完成后,在测试和使用过程中工作稳定,能满足现场的所有要求。
CGSE系统控制算法研究部分针对系统中对象的时滞特性提出了几种控制策略:对于时滞较小的对象,采用常规PID控制算法;对于时滞较大的对象,采用Smith预估补偿控制算法和内模控制算法;最后针对某些增益具有时变性的时滞对象,提出了一种改进的增益预估自适应内模控制算法,实验结果表明该算法有良好的控制效果。