单容水箱液位定值控制系统

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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3．PC机1台4．THBDY-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

2、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250Ω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

3、、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。1.2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

4、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

5、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

6、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：①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。②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；③实验时出水阀的开度一般调节至整个阀开度的70%左右；④由于本实验是基础应用型实验，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dimpv,sv,ei,ex,ey

7、,K,Ti,Td,q0,q1,q2,op,h‘变量定义subInitialize(arg)'初始化函数WriteData0,1endsubsubTakeOneStep(arg)'算法运行函数pv=ReadData(1)'当前测量值h=(pv-1)*12.5TTTRACE"pv=%f",pvTTRACE"液位h=%f",hsv=10‘水箱液位的控制高度，单位cmK=0.8‘P参数Ti=5‘I参数Td=0‘D参数Ts=0.2'采集周期200msei=(sv/12.5+1)-pv'当前偏差q0=k*(ei-ex)'比例项ifTi=0thenq

8、1=0elseq1=K*Ts*ei/Ti'积分项endifq2=k*td*(ei-2*ex+ey)/Ts'微分项ey=exex=eiop=op+q0+q1+q2ifop<=1.8then'输出值限幅op=1