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1、精选优质文档-倾情为你奉上基于ADAM4000控制系统的A3000高级复杂实验培训(版本1.0)用户文件编号：A3000DH033北京华晟高科教学仪器有限公司编制前 言基于ADAM4000控制系统的A3000高级复杂实验培训是根据A3000过程控制实验系统的相关内容编写的，包括了如下内容：1、计算机一般控制实验。2、复杂控制实验。3、高等控制实验。为了更容易理解算法本身，所以选择最简单的控制系统ADAM4000，算法在组态软件中实现。同时所有程序都可以在仿真系统上验证。参考公司产品A3000SIMU相关文件。除了复杂控制实验之外，其他实验的对象操作过程比较简单，所以不介绍操作步骤。本培训书缺点
2、和错误在所难免，敬请各位专家、院校师生和广大读者批评指正。申明：本培训书内容只适合华晟高科A3000教学实验。范例和文档内容只用于提供信息，对本书不承担任何保证。北京华晟高科教学仪器有限公司 二零零八年二月目 录专心-专注-专业第一章 计算机控制一般性实验为了方便控制，所以计算机控制一般性实验和复杂控制将在ADAM4000上实现。1.1数字程序控制实验1.1.1工艺过程描述模拟一个纯净水处理过程。水在经过反渗透之前，两个水泵向精滤膜供水。由于水中杂质比较多，在一定时间后，精滤膜的透过流量变小。48小时之后，精滤膜需要进行反冲洗。但是向反渗透供水的工作不能停止。一般采用如下数字程序控制。我们模拟
3、这个过程，但是时间大大缩短。时间2.4分=144秒1.2分=72秒1.2分=72秒A泵流量1立方/小时，33%0.5立方/小时，16.5%停止，进行反冲洗B泵流量停止，进行反冲洗0.5立方/小时1立方/小时控制流程图如图1.1.1所示。图1.1.1 程序控制流量流程图1.1.2 算法实现和关键操作步骤采用PID控制。两个PID，但是程序控制其给定值。界面如图所示。程序代码如下：/1000毫秒执行一次。中间变量1=中间变量1+1;if(中间变量1400)中间变量1=0;/输入PID0_PV=AI0;PID1_PV=AI1;if(PID0_SP=0)AO0=0;elseAO0=PID0_MV;if
4、(PID1_SP=0)AO1=0;elseAO1=PID1_MV;if(中间变量1=0 & 中间变量1100 & 中间变量1300 & 中间变量1=400) PID0_SP=0; PID1_SP=33;注意开启两个水泵，两个流量控制。一支路使用调节阀，一支路使用变频器。1.1.3 实验结果及记录控制曲线如图1.1.2所示。多个值的控制曲线绘制在同一个图上。1.2 数字滤波技术、标度变换、非线性校正实验1.2.1工艺过程描述数字滤波技术、标度变换、非线性校正实验就是单容下水箱液位控制，流程图如图1.2.1所示。图1.2.1 数字滤波技术和非线性校正实验1.2.2 算法实现和关键操作步骤由于液位具
5、有波动，所以数据不是非常稳定，采用数字滤波技术采用，进行滤波。滤波算法：PV过滤=PV旧值*0.9+PV新值*0.1。由于ADAM4000内部已经有了滤波，所以效果不如使用PCI1711好。标度变换，使用线性算法，把4-20毫安转换成0-25厘米。非线性校正则考虑到水箱的出口流量和液位高度的开方成正比。所以采取开方算法，把输入的过程值直接校正，随输出流量成为线性。/工程量尺度变换float a;a=(AI0-4.0)*25.0/16.0;/数字滤波中间变量1=中间变量1*数字滤波加权系数+a*(1-数字滤波加权系数);/同时对给定值和输入值校正给定值1=Sqrt(中间变量2);测量值1=Sqr
6、t(中间变量1);/输出AO0=操作值1;1.2.3 实验结果及记录控制器控制曲线如图1.2.2所示。1.3数字PID控制实验1.3.1 题目工艺过程描述单容下水箱液位PID控制流程图如图3.1.1所示。图3.1.1 单容下水箱液位调节阀PID单回路控制测点清单如表3.1.1所示。表3.1.1单容下水箱液位调节阀PID单回路控制测点清单序号位号或代号设备名称用途原始信号类型工程量1FV-101电动调节阀阀位控制210VDCAO01002LT-103压力变送器下水箱液位420mADCAI2.5kPa1.3.2 算法实现和关键操作步骤实验界面如图所示。PID运算可以采用标准的直接计算法和增量计算法
7、。上次的计算值两次相减：输出时加上上次输出就可以了。从公式可见，直接计算法很可能导致积分饱和，所以需要抗饱和的操作。定义ET0、ET1、ET2，要求变量可以负值和正值。例如定义到-到PID_KI, PID_KD在画面中每1秒执行一次。/数字PID控制。/关联到IO数据PID0_PV=AI0;if (PID_I=0)/避免除0 PID_I=0.01;数字PID_KI = PID_P * 1/ PID_I;/1运算周期数字PID_KD = PID_P * PID_D /1; 数字PID_ET0 = PID0_SP- PID0_PV; If (本站点数字PID算法选择=1) / =1采用增量计算/保
8、留了上次本站点操作值1 PID0_MV= PID0_MV + PID_P * (数字PID_ET0 - 数字PID_ET1);/比例作用 If (PID_I10000) /积分作用 PID0_MV =PID0_MV + 数字PID_KI * 数字PID_ET0;/积分作用 PID0_MV =PID0_MV +数字PID_KD * (数字PID_ET0 - 2 * 数字PID_ET1 + 数字PID_ET2);/微分作用 数字PID_ET2 = 数字PID_ET1; 数字PID_ET1 = 数字PID_ET0; ELSE/采用直接计算 /清除了本站点操作值1 PID0_MV=0; PID0_MV
9、 =PID0_MV+ PID_P * 数字PID_ET0;/比例作用 IF (PID_I 100)/抗积分饱和 本站点数字PID_ISUM= 100; PID0_MV =PID0_MV +本站点数字PID_ISUM; PID0_MV =PID0_MV +数字PID_KD*(数字PID_ET0-数字PID_ET1);/微分作用 IF(PID0_MV100)/输出限制 PID0_MV=100;IF(PID0_MV0)/输出限制 PID0_MV=0; /关联到IO数据AO0=PID0_MV;1.3.3 实验结果及记录控制器控制曲线如图2.2.3所示。1.4 BANG-BANG控制该控制的复杂算法可以
10、解决一些高等控制问题，但是我们将采用比较简单的算法，来验证这类控制的意义。1.4.1工艺过程描述如果要求单容下水箱液位PID控制的具有快速响应特性，并且在给定点位置还要准确控制，那么如何控制呢。系统的工艺流程如图1.4.1所示。图1.4.1 单容下水箱液位调节阀BANG-BANG单回路控制1.4.2 算法实现和关键操作步骤BANG-BANG控制最早由厐特里亚金提出，属于开关控制的非线性控制。如果一个系统控制有以下要求；即控制要实时性好，系统要稳定，控制精度要求高。则可以采用非线性的Bang-Bang控制和线性的PID控制结合，其控制效果比较好。如果采用线性的PID控制，虽然稳态精度容易满足，但
11、是大偏差时就容易出现较大的偏差，而且过度的时间比较长，如果采用非线性的Bang-Bang控制，虽然能使过渡时间最短，但是容易出现超调，而且在零点附近容易产生振荡造成系统不稳定。鉴于这种情况，设计了一种变结构的控制器是两者的优点有机的结合起来，从而使系统运行起来既快又稳。设计的变结构式的双模控制器如图3所示： 图3变结构式的双模控制回路结构图此结构控制就是使系统的结构可以在控制过程的各个瞬间，根据某些参数的状态以跃变的方式有目的的变化，从而将不同的结构揉和在一起，取得比固定结构系统更加完善的性能指标。据此，针对流浆箱的液位和总压控制，提出了一种将非线性的Bang-Bang控制与线性的控制结合的变
12、结构双模控制方法。如图2所示：当设定值（SP）与检测值（PV）产生一个偏差，由识别机构通过不同的偏差来选择不同的控制器，当偏差大于某个值的时候采用非线性Bang-Bang控制，当偏差小于某个值的时候系统自动切换到线性的PID控制。Bang-Bang控制器的设计Bang-Bang控制也称为开关式控制，对于较大的偏差，例如Ena,控制量变化u取+Um或-Um，实行非线性开关控制模态，以提高系统的响应速度。其表达式如下：其中a为选择开关的切换值对于液位控制如果直接使用PID，就必须在快速性和稳定性之间进行抉择。但是如果实现了解了对象的特性，然后选择了合适的bang-bang控制结合PID，则可能有比
13、较好的结果。我们这里的bang-bang控制选择比较简单的控制算法。首先测量液位和控制量在稳态情况的一个对应曲线。这在系统特性测量中已经获取，当然也可以依据闸板的高度不同，重新测量。例如SP下，控制量该是A稳定。那么：如果PVSP-a，MV=A+U，其他情况使用PID控制。最好在切换时增加跟随程序，保证切换时没有扰动。选择合适的a, A，以便获得最好的效果。实验的组态界面如图所示。1.4.3 实验结果及记录测量稳态液位对应的控制量如表所示。我们可以简化一下，在液位30-60之间使用直线表示。如果我们要控制液位60%，此时对应的控制量为43。那么如果PV60-a，MV=43+U，其他情况使用PID控制1.5 校正网络数字滤波器实现1.5.1工艺过程描述单容非线性上水箱液位PID控制流程图如图1.5.1所示。图1.5.1校正网络数字滤波实验流程1.5.2 算法实现和关键操作步骤这里的算法和自适应不同，而是把一个非线性的系统通过校正网络，使得它成为线性特性。非线性截面积等截面积特性校正网络滤波并且最好能
