1、 單容水箱液位定值控制系統(tǒng)一、實驗目的1理解單容水箱液位定值控制的基本方法及原理；2了解壓力傳感器的使用方法；3學習PID控制參數(shù)的配置。二、實驗設備1控制理論實驗平臺2數(shù)據(jù)采集卡一塊3PC機1臺4THBDY-1單容水箱液位控制系統(tǒng)三、實驗原理單容水箱液位定值控制系統(tǒng)的控制對象為一階單容水箱，主要的實驗項目為單容水箱液位定值控制。其執(zhí)行機構為微型直流水泵，正常工作電壓為24V。直流微型水泵控制方式主要有調(diào)壓控制以及PWM控制，在本實驗中采用PWM控制直流微型水泵的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)對單容水箱液位的定值控制。PWM調(diào)制與晶體管功率放大器的工作原理參考實驗十三的相關部分?？刂破鞑捎昧斯I(yè)過程控制中所采用的

2、最廣泛的控制器PID控制器。通過計算機模擬PID控制規(guī)律直接變換得到的數(shù)字PID控制器，它是按偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D)組合而成的控制規(guī)律。水箱液位定值控制系統(tǒng)一般有由電流傳感器構成大電流反饋環(huán)。在高精度液位控制系統(tǒng)中，電流反饋是必不可少的重要環(huán)節(jié)。這里為了方便測量與觀察反饋信號，通常把電流反饋信號轉(zhuǎn)化為電壓信號：反饋端輸出端串接一個250的高精度電阻。本實驗電壓與液位的關系為：H液位=（V反饋-1）×12.5單位：mm水箱液位控制系統(tǒng)方框圖為：四、實驗步驟1實驗接線1.1 將水箱面板上的“LT ”與實驗臺的“GND”相連接；水箱面板上的“LT +”與實驗臺的“AD1”

3、相連接。1.2將水箱面板上的“輸入 ”與實驗臺的“GND”相連接；水箱面板上的“輸入 +”與實驗臺的“DA1”相連接。1.3將水箱面板上的“輸出 ”與“水泵電源”連接；水箱面板上的“輸出 +”與“水泵電源+”連接。1.4打開實驗平臺的電源總開關。2壓力變送器調(diào)零本實驗在開始實驗前必須對壓力變送器調(diào)零操作。具體方法為：2.1 將水箱中打滿水，然后再全部放到儲水箱中；2.2 旋開壓力變送器的后蓋，用小一字螺絲刀調(diào)節(jié)壓力變送器中電路板上有“Z”標識的調(diào)零電位器，讓壓力變送器的輸出電壓為1V；2.3 再次向水箱中打水，并觀察水箱液位與壓力變送器輸出電壓的對應情況，其對應關系為：H液位=（V反饋-1）&

4、#215;12.5（當液位為10cm時，輸出電壓應為1.8V左右），如不對應，再重復步驟2.1、2.2直到對應為至；2.4 如果步驟1）、2）、3）還不能調(diào)好水箱液位與壓力變送器輸出電壓的對應情況，那么可適度調(diào)節(jié)壓力變送器中電路板上有“S”標識的增益電位器，再重復步驟2.1、2.2、2.3直到對應為至。但在實際應用中，增益電位器的調(diào)節(jié)要慎用，一般不調(diào)節(jié)。3腳本程序的參數(shù)整定及運行3.1啟動計算機，在桌面雙擊圖標“THBDC-1”，運行實驗軟件。3.2 順序點擊虛擬示波器界面上的“”按鈕和工具欄上的“”按鈕(腳本編程器)；3.3在腳本編輯器窗口的文件菜單下點擊“打開”按鈕，并在“計算機控制技術應

5、用算法”文件夾下選中“水箱控制”腳本程序并打開，閱讀、理解該程序，然后點擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“步長設置”，將腳本算法的運行步長設為100ms；3.4點擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“啟動”；觀察水箱內(nèi)液位的變化。3.5 當水箱液位穩(wěn)定在設定值后，再點擊腳本編輯器的調(diào)試菜單下“停止”，重新配置P、I、D的參數(shù)或改變算法的運行步長，再次啟動程序，并觀察運行結果。3.6 實驗結束后，關閉腳本編輯器窗口，退出實驗軟件。注意： 為了更好地觀測液位曲線，本實驗中可將“分頻系數(shù)”設置到最大。 直流水泵電源的正反接，可以控制水泵正反轉(zhuǎn)，最好保證水泵處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)； 實驗時出水閥的開度一般調(diào)節(jié)至整個閥開度的

6、70%左右； 由于本實驗是基礎應用型實驗，其液位的控制精度在10%內(nèi)即可。五、報告要求1畫出水箱控制系統(tǒng)的方框圖；2分析P、I、D控制參數(shù)對水箱控制系統(tǒng)的影響；3分析水箱控制系統(tǒng)的出水口開度大小對水箱控制系統(tǒng)的影響。六、參考程序dim pv,sv,ei,ex,ey,K,Ti,Td,q0,q1,q2,op,h 變量定義sub Initialize(arg) '初始化函數(shù) WriteData 0 ,1end subsub TakeOneStep (arg) '算法運行函數(shù) pv = ReadData(1) '當前測量值 h=(pv-1)*12.5 TTTRACE "

7、;pv=%f",pv TTRACE"液位h=%f",h sv=10 水箱液位的控制高度，單位cm K=0.8 P參數(shù) Ti=5 I參數(shù) Td=0 D參數(shù) Ts=0.2 '采集周期200ms ei=(sv/12.5+1)-pv '當前偏差 q0=k*(ei-ex) '比例項 if Ti=0 then q1=0 else q1=K*Ts*ei/Ti '積分項 end if q2=k*td*(ei-2*ex+ey) /Ts '微分項 ey=ex ex=ei op=op+q0+q1+q2 if op<=1.8 then '輸出值限幅 op=1.8 end if if op>=3.5 then op