工业计算机控制实验报告

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1、西安交通大学实验报告课程：姓名：学号：班级：实验二基于DASYLab的的温度控制系统设计实验实验三基于DASYLab的网络测控一、实验目的1. 了解温控系统的组成。2. 了解 NI 测量及自动化浏览器的使用并对数据采集卡进行设置。3.了解 Dasylab 软件的各项功能，并会简单的应用。4.通过实验了解计算机是如何进行数据采集、控制的。二、实验设备微型计算机、NI USB 6008数据采集卡、温度控制仪、温箱。三、实验内容1了解温度控制系统的组成。2仔细观察老师对数据采集卡输入输出任务建立的过程及设置还有 dasylab 基本功能的演示。3仔细阅读 dasylab 相关文档，学习帮助文件 tu

2、torial 了解其基本使 用方法。4动手实践，打开范例，仔细揣摩，并独立完成数据采集卡输入输 出任务的建立并建立并运行单独的 AD 及 DA 系统，完成之后，按 照自己的需要及兴趣搭建 几个简单的系统运行。四、温控系统的组成计算机温度控制系统由温度控制仪与计算机、数据采集卡一起构成， 被控对象为温箱, 温箱内装有电阻加热丝构成的电炉，还有模拟温度 传感器AD590。系统框图如图1-1所示：五、温控仪基本工作原理温度控制仪由信号转换电路、电压放大电路、可控硅移相触发器 及可控硅加热电路组成。被控制的加热炉允许温度变化范围为0 100C.集成电路温度传感器AD590（AD590温度传感器输出电流

3、与绝 对温度成正比关系，灵敏度为luA/K）.将炉温的变化转换为电流的变 化送入信号转换、电压放大电路.信号转换电路将AD590送来的电流 信号转换为电压信号，然后经精密运算放大器放大、滤波后变为 05V 的标准电压信号，一路送给炉温指示仪表 ，直接显示炉温值。另一路 送给微机接口电路供计算机采样.计算机通过插在计算机USB总线接 口上的NI USB 6008 12位数据采集卡将传感器送来的05V测量信 号转换成0FFFH的12位数字量信号，经与给定值比较,求出偏差值, 然后对偏差值进行控制运算，得到控制温度变化的输出量，再经过 NI USB 6008将该数字输出量经12位D/A转换器变为05

4、V的模拟电压信号送入可控硅移相触发器 ,触发器输出相应控制角的触发脉冲给 可控硅,控制可控硅的导通与关断,从而达到控制炉温的目的。六、思考题1. 数据采集系统差分输入与单端输入有些什么区别？各有什么优缺 点？单端输入：输入信号以共同的地线为基准，判断信号与GND的电压差。 优点：连接较短，所有输入信号与信号源共地缺点：抗干扰能力差差分输入：判断两个信号线的电压差，每个输入信号都有自己的基准地线。 优点：可以有效抑制共模干扰信号，提高采集精度缺点：接线较单端复杂2. dasylab相对于ni其他软件有什么优缺点？Dasylab都是用一些功能模块来建立系统，模块间用“导线”连接，相对于NI其他软件

5、而言编程更方便，效率更高，功能更直观，图形化的界面，无需繁琐的编 程工作，满足非专业编程人员的测试需要，通过多种功能模块的搭建可方便完成 数据采集、显示、存储、分析、统计、运算、控制、触发等各种功能3. 利用你的发散思维，罗列出dasylab的应用场合，越多越好。利用Dasylab可以应用于各种工业控制场合进行控制系统的搭建、测试，如温度 控制，液面控制，压力控制，流量控制等。4. 给出一个你心目中dasylab的理想应用，用简单的dasylab模块画出 来并辅以简洁的说明。利用Dasylab设计一游泳池温度液面高度控制系统模块如图 1-2 所示：SliderOO=1图 1-2说明：利用Sli

6、der分别设置给定的液面高度和温度，并通过Scaling进行换算， 通过 Recorder 显示给定液面高度和温度， Analog Input 对水池温度、液面 高度进行数据采集输入，通过Scaling进行换算通过Recorder显示当前液 面高度和温度，通过对 PID 参数设置来调节泳池液面高度和温度，通过 选择合适的参数获得最佳的响应曲线，最后通过模块 Analog Output 进行 输出，从而达到温度液面高度控制作用。七、实验总结通过本次实验了解了温控仪的组成和基本工作原理，如何对数据采集卡进行 设置，以及对Dasylab有了简单的认识，通过阅读相关帮助文件学会了如何用 Dasylab

7、设计简单的控制系统，通过实验了结了计算机是如何进行数据采集控制 的，对计算机在工业控制领域的应用有了一定了解。实验二基于DASYLab的的温度控制系统设计实验一、实验目的利用Dasylab软件实现基本的PID温度控制算法。二、实验设备同实验一。三、实验内容1 利用NImax建立数据采集卡的输入输出任务。在前面实验的基础上，在DASYLab工作区搭建完整的P、PI、PD、PID控制电路，设置相应的参数，运行程序查看控制效果。 2分别搭建模入、模出通道并验证其有效性3. 在选取系统提供的PID模块，创建完整PID系统，添加合适的辅助 模块，观察温度曲线。在做好一组算法曲线之后，打开温箱外壳，自 然

8、冷却，待温度低于30度时装回外壳，再做另外一种算法。对上课所 学内容一一印证。4. 在有时间的情况之下，参考图2-1自行搭建PID系统。观察此次实验曲线和前面的采样曲线有什么区别？到达峰值的时间？ 超调量的大小等。四、实验原理 （见实验一）五、PID实验说明参考程序示意如图2-1所示 ：FID-LaooChartPID Loop and DisplaysAnaiogOutTMInput and Displayshw 1Arkq-lri图2-1基于DASYLab的PID控制程序示意图图2-1是本次实验的最小系统示意图，完整的、功能相对完善的图请 同学自行完成。当给定温度为40 C时，控制电流曲线

9、和测量温度值、误差变化如图2-2所示：1:凶;今总住DD 0 00OT;540t)D9;56;CD 00;“:他 ID.DD.OA 1D.Ci.0ty图2-2 PID控制响应曲线1：设定温度值2:测量温度值3：误差有关上面给出程序框图的说明：1) 图2-1程序框图为最小系统仅供参考，各人可根据自身的具体情况做适当的修改，譬如图2-2的PID控制响应曲线上面有毛刺，不平滑，如果考虑在内，应当怎样去除毛刺？构建出一个实际应用的仪器面板应当如何做？2）上面的图示并未反映各个模块具体是怎么配置的情况，请自行分析，适当地设置。3）有关PID参数的整定，请按照教科书或参考材料上的介绍的方法先做一个规划，有

10、序地进行。六、实验步骤1. 实验前认真阅读注意事项；2. 检查温控箱和数据采集卡的连线是否接好；3. 打开电脑，确定温控仪是否处在机控状态；4. 用NI max软件对数据采集卡进行配置（建立输入输出任务）。然后 进入NI DASYLab软件界面，点击老师通过电子教室分发的相关文档 学习了解usb 6008、ni max软件的设置，dasylab的基本用法；5. 选取模入通道模块、系统自带PID模块、模出通道及一些虚拟仪表等构成闭环；6. 设定合适的PID参数；7. 设定好以后点击启动按钮开始实验，观察实验现象；8. 做完一种算法实验后，关掉温度控制仪电源，打开温箱的外壳，使 其自然冷却。9.

11、待炉温下降至30度以下，选择另外一种算法，用上述同样的方法重 复前面的步骤实验；10. 观察此次实验曲线和前面的采样曲线有什么区别：包括到达峰值 的时间，超调量的大小等。11. 完善最小系统，加上滤波等模块，建立仪器面板等组成一个较为 实用的系统。七、实验注意事项1. 确定温控仪处在机控状态。控制方式一定要处于机控，否则可能 炉温上升过快，采样失败，更有可能导致炉温过热，烧毁电炉。2. 升温时电流大小达U0.9A左右3. 温度给定设在40度左右，以延长电炉的寿命并缩短实验时间。4. 采样期间因其过程较慢，要耐心等待。5. 每过一段时间用手触碰温箱的外壳，如果手感觉不烫，就说明温度 没有失控。6

12、. 务必先预习DASYLab帮助中“Basics、Tutorial”部分内容，而后再设 计编程，以免浪费时间。7.先利用控制模块组中的PID模块组成系统并改变参数做实验，然后 不使用控制模块组中的PID模块，自行搭建PID控制模块试试。8.因预习时同学们手头不一定有数据采集卡，因此可以暂时用声卡或 信号发生器代替，到实际做实验时将其替换回即可。八、实验步骤：1.建立输入输出任务后进入NI DASYLab软件界面，搭建PID控制系统：参考程序示意如图2-3所示TakDAOD比旳DI图2-3基于DASYLab的PID控制程序示意图对Scaling中的a、b参数分别设置为20和0,将Slider调至

13、2V,电机 启动按钮开始实验，通过观察Recorder中曲线得最终稳定温度值 为43度，对Scaling参数进行修正，将b参数设置为“-3” a保持不 变。2. PID参数调节：待炉温下降至30度以下，调节PID Control模块设置PID算法，改变 P、I、D的参数后点击开始按钮开始实验，观察Recorder中曲线，然 后选择另一种实验步骤，重复上述步骤观察Recorder中曲线的变化情 况，对比几次算法所产生的曲线，选择响应最佳的那一种算法。 由于本次实验时间有限，通过改变几次PID参数后得出最佳响应参数 为P=10，I=0, D=0，此算法下输出响应如图2-4所示：图2-4 PID控制

14、响应曲线1：设定温度值2:测量温度值3：误差九、实验思考题：1. 现在的温控系统只能控制炉温的上升，炉温的下降要靠自然冷却， 所以在此期间无法通过计算机控制，如果是由你来设计一个温度控制 系统，应该如何改进，以便炉温的上升和下降都能用计算机控制？可在输出中增加一风扇驱动模块，当炉温高于设定值时，驱动风扇使温度下降，当炉温低于设定值时风扇不工作，利用PID模块对风扇转速进行调节，由于本次实验中传感器对炉温的变化反应灵敏，故风扇功率不宜过大，否 则会导致温度下降过大。2. 对于数据采集过程中产生的毛刺，如何去除？用哪个模块？简要说 明之。在输入模块后增加一数字滤波器模块，模块在ModuleSign

15、alAnalysisDigital Filter 中，采用低通、巴特沃思滤波器，设置如图2-5所示 ：图2-5 数字滤波器参数设置3. 感觉温度上升太慢，要针对这点改进，即做到温度上升较快，而又 满足控制优化的目标，应当如何改进，给出dasylab的实际连线图，并 简要说明之。要使温度上升较快而又满足控制优化目标则应对PID模块进行调整，实验中只有PID环节而没有反馈环节，因此可以可PID加一反馈环节，如图2-6所示:图2-6 PID环节调整通过改变反馈环节的参数，并和PID环节一起调整则能起到温度上升较快且 满足控制优化目标。十、实验总结：通过本次实验了解了如何用Dasylab实现基本的PID算法，以及如何通过改变 PID算法是得到最优温度响应曲线。对PID在工业控制领域的应用有了一定了解。 由于本次实验每次获得响应曲线时间较长，所以每次实验时需有一定耐心，不能 过于急躁，否则容易忽略一些细节上的错误导致实验效率低下。实验时可以发现， 曲线有很多毛刺，以及其他干扰，故在搭建系统是必须考虑滤波，而在实际测量