浅议三容水箱液位控制与网络虚拟实验研究

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1、山东建筑大学硕士学位论文三容水箱液位控制与网络虚拟实验研究姓名：孙永健申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：齐保良20080501山东建筑大学硕士学位论文摘要实验课是理论与实践紧密结合的桥梁，为提高教学质量，必须建设完备的实验环境，向学生提供良好的实验条件。基于网络的虚拟实验室安全、生动，它以计算机技术和网络技术为基础，充分利用了有限的物理实验设备，是对现在实验条件的有益补充。从虚拟实验室现状来看，大多采用纯软件仿真形式。这种形式的虚拟实验室结构简单，物理信号完全理想化，脱离了实物被控对象。本

2、文综述了国内外虚拟实验室研究与使用现状，提出了构建的虚拟实验室的建设目标，即：以三容水箱液位系统作为实物被控对象，建设一个具有B／S结构的，开放的远程网上实验室。首先，研究了被控对象串接式三容水箱系统。三容水箱是典型的非线性大时延开环稳定对象，为相关控制策略的研究提供了平台，对工业生产中液位控制系统的研究有指导作用。分析了三容水箱液位系统的组成、结构以及数学特性，采用混合建模法对被控对象进行了数学建模。其次，对三容液位系统控制策略进行了详细研究，主要分为传统过程控制策略和先进过程控制策略两部分。传统过程控制主

3、要采用PID控制，PID控制器结构简单易实现，但从单PID控制器在本文研究的三容液位控制系统的实际应用效果来看，响应时间长，稳定性差，这是由于PID参数不可变造成的。解决这种PID控制参数不可变的缺点有两种方案，一是采用先进控制策略，二是对单PID算法进行改进。在研究先进过程控制策略时，分别采用模糊控制和单神经元进行调整，详细论述了模糊PID控制和单神经元自适应PID控制的工作原理和工作过程，并作了仿真，仿真结果表明，超调量小，稳态误差可以得到有效控制。再次，构建了过程控制网上虚拟实验室，主要包括控制回路的结

4、构、组成以及B／S结构的实现过程。采用LN2000DCS系统作为控制回路，视频服务器、摄像机、电动云台组成监控回路。系统采用的B／S结构，可以使用三维力控组态软件的网络发布功能来实现，这涉及到LN2000DCS与组态软件进行通信问题。本文采用工业领域常用的OPC通信，OPC通信技术是实现系统架构的关键技术。构建了PID三闭环算法并在实物对象上作了验证，实验结果表明，PID三闭环控制算法超调量小，在系统进入稳态以后可以将稳态误差控制在5％以内。最后，总结了研究课题的特色和创新点，即本系统是一个以非线性大时延开环

5、稳定山东建筑大学硕士学位论文对象⋯一三容水箱液位为实物被控对象，采用B／S结构构建的网上虚拟控制实验室。本系统不仅可以提供常规性实验，还可以作为进一步开发、研究、验证先进过程控制策略的实验平台为科研人员服务。关键词：三容水箱，虚拟现实，网上实验山东建筑大学硕士学位论文ResearchaboutWebVirtualControllingExperimentAndControlSystemofThree—tankSunYongjian(TestingTechnology&AutomaticEquipment)AB

6、STRACTExperimentcA3ursesarethebridgebetweentheoryandpractice．Inordertoimprovethequalityofeducation，collegeshouldconstructself-containedcircumstance，supplyingstudentswithgoodexperimentcondition．Thevirtuallaboratorywhichisbasedonnetissafeandlively，anditalsoma

7、kesgooduseoftherealexperimentdevice．Thisprojectisagoodcomplementtocurrentexperimentcondition．Viewingthevirtuallaboratorieswhichhavebeenused，largeproportionadoptsthestyleofsoftware-simulation．Withidealphysicsignal，thisstylehasaneasyconstruction，anditissevere

8、dfromtherealobject．Thisthesisviewsthestatusofcurrentresearchandusageofvirtuallaboratoriesdomesticallyandabroad．Basedonis，itbringsforwardtheconstructionaimofitsownvirtuallaboratory，thatis，usingthree-tan