實(shí)驗(yàn)2 液位開(kāi)關(guān)式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)2、液位開(kāi)關(guān)式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)r=一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉實(shí)驗(yàn)裝置，了解二位式水箱液位控制系統(tǒng)的組成。2、掌握位式控制系統(tǒng)的工作原理、控制過(guò)程和控制特性。3、編寫(xiě)二位式控制程序，按偏差值預(yù)測(cè)處理程序，按偏差值調(diào)整進(jìn)水閥開(kāi)度的程序，使 液位控制在20cm處，超調(diào)量不超過(guò)10%，穩(wěn)態(tài)誤差5%。4、三個(gè)框圖編程實(shí)驗(yàn)（按偏差值預(yù)測(cè)處理，按偏差值調(diào)整進(jìn)水閥開(kāi)的開(kāi)度，按偏差值算 法確定D/A值）按偏差值算法確定D/A值實(shí)驗(yàn)要數(shù)值仿真選擇系數(shù)使液位控制在20cm處， 超調(diào)量不超過(guò)10%，穩(wěn)態(tài)誤差5%。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備硬件：過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置（水箱）、萬(wàn)用表、EasyArm2200開(kāi)發(fā)套件、實(shí)驗(yàn)連接線，軟 件：A

2、DS1.2集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。三、實(shí)驗(yàn)原理1、二位式溫度控制系統(tǒng)二位控制是位式控制規(guī)律中最簡(jiǎn)單的一種。本實(shí)驗(yàn)的被控對(duì)象是水箱，被控制量是水箱 液位，所謂二位控制實(shí)質(zhì)上是一個(gè)典型的非線性控制。執(zhí)行器只有“開(kāi)”或“關(guān)”兩種極限 輸出狀態(tài)，故稱這種控制器為兩位調(diào)節(jié)器，理論上來(lái)說(shuō)，我們的調(diào)節(jié)閥不適合做二位控制， 可以使用更為合適的電磁閥（只有開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)）控制，但是由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的硬件構(gòu)成環(huán) 境，我們選用調(diào)節(jié)閥來(lái)模擬電磁閥工作，模擬過(guò)程：我們可以使調(diào)節(jié)閥處于兩種狀態(tài)，一是 調(diào)節(jié)閥開(kāi)度是0（相當(dāng)于電磁閥處于關(guān)），二是調(diào)節(jié)閥開(kāi)度是10% （相當(dāng)于電磁閥處于開(kāi)）， 這里的10%也不是固定的，自己可以選擇，但是閥門(mén)

3、開(kāi)度越小，精確度越大。該系統(tǒng)的工作原理是當(dāng)被控制的液位測(cè)量值HP=H小于給定值HS時(shí)，即測(cè)量值給定 值，且當(dāng)e=HS-HPNdF時(shí)，調(diào)節(jié)閥處于開(kāi)度狀態(tài)。隨著液位H的升高，HP也不斷增大，e 相應(yīng)變小。若H高于給定值，即HPHS，e為負(fù)值，若e-dF時(shí)，則兩位調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉 狀態(tài)，由于這種控制方式具有沖擊性，易損壞元器件，只是在對(duì)控制質(zhì)量要求不高的系統(tǒng)才 使用。圖1位式控制系統(tǒng)的方塊圖如圖1位式控制系統(tǒng)的方框圖所示，液位給定值在智能儀表上通過(guò)設(shè)定獲得。被控對(duì)象 為水箱，被控制量為液位。它由液壓傳感器測(cè)定輸出。根據(jù)給定值加上dF與測(cè)量的液位相比 較調(diào)節(jié)閥發(fā)出控制信號(hào)，從而達(dá)到控制水箱液位的目的。由

4、過(guò)程控制原理可知，雙位控制系統(tǒng)的輸出是一個(gè)斷續(xù)控制作用下的等幅振蕩過(guò)程，如 圖2所示。因此不能用連續(xù)控制作用下的衰減振蕩過(guò)程的溫度品質(zhì)指標(biāo)來(lái)衡量，而用振幅和 周期作為品質(zhì)指標(biāo)。一般要求振幅小，周期長(zhǎng)，然而對(duì)同一雙位控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，若要振幅小， 則周期必然短；若要周期長(zhǎng)，則振幅必然大。因此通過(guò)合理選擇中間區(qū)以使振幅在限定范圍 內(nèi)，而又盡可能獲得較長(zhǎng)的周期。圖3二位控制程序流程圖2、按偏差值預(yù)測(cè)處理求偏差E=G-F，E值加權(quán)濾波按當(dāng)前進(jìn)水閥門(mén)、關(guān)狀態(tài)設(shè)E門(mén)限值，按E門(mén)限操作進(jìn)水 閥。圖4偏差預(yù)處理流程圖3、按偏差值調(diào)整進(jìn)水閥開(kāi)的開(kāi)度:E0,開(kāi)關(guān)進(jìn)水閥的D/A數(shù)據(jù)隨E的由大變小而逐步由大變小。E0,開(kāi)

5、關(guān)進(jìn)水閥的D/A數(shù) 據(jù)隨IEI的由小變大而逐步由小變大。D/A數(shù)據(jù)與舊1的變化趨勢(shì)一致。圖5按偏差值調(diào)整進(jìn)水閥開(kāi)的開(kāi)度流程圖4、按偏差值算法確定D/A值(調(diào)整進(jìn)水閥開(kāi)的開(kāi)度) 原則：根據(jù)IEI的數(shù)值和變化趨勢(shì)確定D/A數(shù)據(jù) 的增量設(shè)：u(k)、u(k-1)為兩次D/A數(shù)據(jù)al、a2、a3、為系數(shù)e(k)、e(k-l)、e(k-2)為三次偏差I(lǐng)EI數(shù)據(jù)選擇算法：u(k)= u(k-1)+ al e(k) - a2 e(k-1)+ a3 e(k-2)注意：系數(shù)反應(yīng)IEI的數(shù)值和變化趨勢(shì)多次增量累加，超出(D/A)max的處理(溢出)數(shù)值仿真選擇系數(shù)和算法分析：控制器要適合，有效辦法是分析，創(chuàng)造算法

6、是控制器的核心四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、設(shè)備的連接和檢查.將水箱的放水閥門(mén)關(guān)閉或者是開(kāi)度很小.檢查電源開(kāi)關(guān)是否打開(kāi)。2、系統(tǒng)連線接線如圖2-13所示。圖2-13系統(tǒng)連線圖1）.按圖2-13所示，利用實(shí)驗(yàn)裝置組成控制系統(tǒng)。調(diào)節(jié)閥通過(guò)輸入4mA-20mA電流控制進(jìn)水流量。液位傳感器將水箱液位值轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電壓輸出。2）.啟動(dòng)電源，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)定控制值和偏差值。（根據(jù)實(shí)驗(yàn)三自己所測(cè)定對(duì)象的數(shù)據(jù)值來(lái)設(shè)定，在程序中必須使用數(shù)字量*）*3）.在老師的指導(dǎo)下，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，進(jìn)入ADS1.2運(yùn)行軟件，進(jìn)入程序編寫(xiě)。程序一：簡(jiǎn)單二位控制程序，設(shè)定給定值G （數(shù)字量），和采樣值F比較,根據(jù)結(jié)果來(lái)設(shè) 定閥門(mén)的開(kāi)還是關(guān)。注

7、意事項(xiàng)：1、放水閥門(mén)關(guān)閉或者開(kāi)很小，初始狀態(tài)保證水箱中水位在需要控制水位的下方。調(diào)節(jié)閥門(mén)只能處于兩種狀態(tài)（開(kāi)、關(guān)），開(kāi)我們這里取閥門(mén)開(kāi)度10%。程序流程圖（一）程序二：通過(guò)反饋值和給定值獲得差值E,通過(guò)加權(quán)濾波算法后，判斷閥門(mén)當(dāng)前狀態(tài)時(shí) 關(guān)狀態(tài)，還是處于開(kāi)度狀態(tài)（在程序中可以通過(guò)首先手動(dòng)來(lái)控制閥門(mén)處于開(kāi)或者是關(guān)狀 態(tài)，在程序中可以設(shè)置一個(gè)標(biāo)志變量來(lái)判斷，或者是在程序開(kāi)始處給閥門(mén)一個(gè)控制，使 它處于某種狀態(tài)，再設(shè)標(biāo)志位來(lái)判斷），然后比較差值E和門(mén)限上限和門(mén)限下限值來(lái)開(kāi) 或者關(guān)閥門(mén)。程序流程圖（二）注意事項(xiàng)：1、放水閥門(mén)關(guān)閉或者開(kāi)很小，初始狀態(tài)保證水箱中水位在需要控制水位的下方。2、調(diào)節(jié)閥門(mén)只能處

8、于兩種狀態(tài)（開(kāi)、關(guān)），開(kāi)我們這里取閥門(mén)開(kāi)度10%。3、一定要首先手動(dòng)將閥門(mén)處以一個(gè)狀態(tài)，然后在程序根據(jù)手動(dòng)設(shè)置來(lái)初始化設(shè)置的標(biāo)志 位。程序三：根據(jù)差值來(lái)給定控制值，難點(diǎn)是確定設(shè)置K值。系數(shù)K的確定：（D/A）max與（IE l）max的比獲取給淀值Gu1r采集耳停值F-1rE =Gn f p1rE值加極滴液程序流程圖(三)程序四:程序中e(k) ,e(k-1),e(k-2)可以隨便給值，但u(k-1)的給值要盡量和實(shí)際想符合,a1,a2,a3, 的值我們?nèi)?.5, 0.35, 0.15，注意程序中還有一個(gè)遞推思想。程序流程圖(四)(注：相當(dāng)于 PI 算法：u(k)=u(k-1)+Kpe(k)-e(k-1)+Kde(k)-2e(k-1)+e(k-2).觀察每一個(gè)控制程序填表，同時(shí)觀察調(diào)節(jié)閥的變化。五、注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)前，必須仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，指導(dǎo)書(shū)中打有*號(hào)的部分使需要仔細(xì)理解的，不 懂的地方應(yīng)立即向指導(dǎo)老師報(bào)告要求講解。2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)節(jié)參數(shù)，觀察結(jié)果。3、實(shí)驗(yàn)線路全部接好后，必須經(jīng)指導(dǎo)老師檢查認(rèn)可后，方可接通電源開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、畫(huà)出不同dF時(shí)的系統(tǒng)被控制量的過(guò)渡過(guò)程曲線，記錄相應(yīng)的振蕩周期和振蕩幅度大 小。2、畫(huà)出不同給定值時(shí)的控制曲線，并比較振蕩周期和振蕩幅度大小。3、畫(huà)出各種控制算法的控制