单容水箱液位定值控制系统.doc

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1、 单容水箱液位定值控制系统一、实验目的1理解单容水箱液位定值控制的基本方法及原理;2了解压力传感器的使用方法;3学习PID控制参数的配置。二、实验设备1控制理论实验平台2数据采集卡一块3PC机1台4THBDY-1单容水箱液位控制系统三、实验原理单容水箱液位定值控制系统的控制对象为一阶单容水箱,主要的实验项目为单容水箱液位定值控制。其执行机构为微型直流水泵,正常工作电压为24V。直流微型水泵控制方式主要有调压控制以及PWM控制,在本实验中采用PWM控制直流微型水泵的转速来实现对单容水箱液位的定值控制。PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理参考实验十三的相关部分。控制器采用了工业过程控制中所采用的

2、最广泛的控制器PID控制器。通过计算机模拟PID控制规律直接变换得到的数字PID控制器,它是按偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)组合而成的控制规律。水箱液位定值控制系统一般有由电流传感器构成大电流反馈环。在高精度液位控制系统中,电流反馈是必不可少的重要环节。这里为了方便测量与观察反馈信号,通常把电流反馈信号转化为电压信号:反馈端输出端串接一个250的高精度电阻。本实验电压与液位的关系为:H液位=(V反馈-1)12.5单位:mm水箱液位控制系统方框图为:四、实验步骤1实验接线1.1 将水箱面板上的“LT ”与实验台的“GND”相连接;水箱面板上的“LT +”与实验台的“AD1”相连接。1.

3、2将水箱面板上的“输入 ”与实验台的“GND”相连接;水箱面板上的“输入 +”与实验台的“DA1”相连接。1.3将水箱面板上的“输出 ”与“水泵电源”连接;水箱面板上的“输出 +”与“水泵电源+”连接。1.4打开实验平台的电源总开关。2压力变送器调零本实验在开始实验前必须对压力变送器调零操作。具体方法为:2.1 将水箱中打满水,然后再全部放到储水箱中;2.2 旋开压力变送器的后盖,用小一字螺丝刀调节压力变送器中电路板上有“Z”标识的调零电位器,让压力变送器的输出电压为1V;2.3 再次向水箱中打水,并观察水箱液位与压力变送器输出电压的对应情况,其对应关系为:H液位=(V反馈-1)12.5(当液

4、位为10cm时,输出电压应为1.8V左右),如不对应,再重复步骤2.1、2.2直到对应为至;2.4 如果步骤1)、2)、3)还不能调好水箱液位与压力变送器输出电压的对应情况,那么可适度调节压力变送器中电路板上有“S”标识的增益电位器,再重复步骤2.1、2.2、2.3直到对应为至。但在实际应用中,增益电位器的调节要慎用,一般不调节。3脚本程序的参数整定及运行3.1启动计算机,在桌面双击图标“THBDC-1”,运行实验软件。3.2 顺序点击虚拟示波器界面上的“”按钮和工具栏上的“”按钮(脚本编程器);3.3在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击“打开”按钮,并在“计算机控制技术应用算法”文件夹下选中“水

5、箱控制”脚本程序并打开,阅读、理解该程序,然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“步长设置”,将脚本算法的运行步长设为100ms;3.4点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”;观察水箱内液位的变化。3.5 当水箱液位稳定在设定值后,再点击脚本编辑器的调试菜单下“停止”,重新配置P、I、D的参数或改变算法的运行步长,再次启动程序,并观察运行结果。3.6 实验结束后,关闭脚本编辑器窗口,退出实验软件。注意: 为了更好地观测液位曲线,本实验中可将“分频系数”设置到最大。 直流水泵电源的正反接,可以控制水泵正反转,最好保证水泵处于正转状态; 实验时出水阀的开度一般调节至整个阀开度的70%左右; 由于本实验

6、是基础应用型实验,其液位的控制精度在10%内即可。五、报告要求1画出水箱控制系统的方框图;2分析P、I、D控制参数对水箱控制系统的影响;3分析水箱控制系统的出水口开度大小对水箱控制系统的影响。六、参考程序dim pv,sv,ei,ex,ey,K,Ti,Td,q0,q1,q2,op,h 变量定义sub Initialize(arg) 初始化函数 WriteData 0 ,1end subsub TakeOneStep (arg) 算法运行函数 pv = ReadData(1) 当前测量值 h=(pv-1)*12.5 TTTRACE pv=%f,pv TTRACE液位h=%f,h sv=10 水箱

7、液位的控制高度,单位cm K=0.8 P参数 Ti=5 I参数 Td=0 D参数 Ts=0.2 采集周期200ms ei=(sv/12.5+1)-pv 当前偏差 q0=k*(ei-ex) 比例项 if Ti=0 then q1=0 else q1=K*Ts*ei/Ti 积分项 end if q2=k*td*(ei-2*ex+ey) /Ts 微分项 ey=ex ex=ei op=op+q0+q1+q2 if op=3.5 then op=3.5 end if TTRACEop=%f,op WriteData op ,1 end subsub Finalize (arg) 退出函数 WriteData 0 ,1end sub

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