实验2 液位开关式计算机控制系统实验

1、实验2、液位开关式计算机控制系统实验r=一、实验目的1、熟悉实验装置，了解二位式水箱液位控制系统的组成。2、掌握位式控制系统的工作原理、控制过程和控制特性。3、编写二位式控制程序，按偏差值预测处理程序，按偏差值调整进水阀开度的程序，使 液位控制在20cm处，超调量不超过10%，稳态误差5%。4、三个框图编程实验（按偏差值预测处理，按偏差值调整进水阀开的开度，按偏差值算 法确定D/A值）按偏差值算法确定D/A值实验要数值仿真选择系数使液位控制在20cm处， 超调量不超过10%，稳态误差5%。二、实验设备硬件：过程控制实验装置（水箱）、万用表、EasyArm2200开发套件、实验连接线，软 件：A

2、DS1.2集成开发环境。三、实验原理1、二位式温度控制系统二位控制是位式控制规律中最简单的一种。本实验的被控对象是水箱，被控制量是水箱 液位，所谓二位控制实质上是一个典型的非线性控制。执行器只有“开”或“关”两种极限 输出状态，故称这种控制器为两位调节器，理论上来说，我们的调节阀不适合做二位控制， 可以使用更为合适的电磁阀（只有开、关两种状态）控制，但是由于实验设备的硬件构成环 境，我们选用调节阀来模拟电磁阀工作，模拟过程：我们可以使调节阀处于两种状态，一是 调节阀开度是0（相当于电磁阀处于关），二是调节阀开度是10% （相当于电磁阀处于开）， 这里的10%也不是固定的，自己可以选择，但是阀门

3、开度越小，精确度越大。该系统的工作原理是当被控制的液位测量值HP=H小于给定值HS时，即测量值给定 值，且当e=HS-HPNdF时，调节阀处于开度状态。随着液位H的升高，HP也不断增大，e 相应变小。若H高于给定值，即HPHS，e为负值，若e-dF时，则两位调节阀处于关闭 状态，由于这种控制方式具有冲击性，易损坏元器件，只是在对控制质量要求不高的系统才 使用。图1位式控制系统的方块图如图1位式控制系统的方框图所示，液位给定值在智能仪表上通过设定获得。被控对象 为水箱，被控制量为液位。它由液压传感器测定输出。根据给定值加上dF与测量的液位相比 较调节阀发出控制信号，从而达到控制水箱液位的目的。由

4、过程控制原理可知，双位控制系统的输出是一个断续控制作用下的等幅振荡过程，如 图2所示。因此不能用连续控制作用下的衰减振荡过程的温度品质指标来衡量，而用振幅和 周期作为品质指标。一般要求振幅小，周期长，然而对同一双位控制系统来说，若要振幅小， 则周期必然短；若要周期长，则振幅必然大。因此通过合理选择中间区以使振幅在限定范围 内，而又尽可能获得较长的周期。图3二位控制程序流程图2、按偏差值预测处理求偏差E=G-F，E值加权滤波按当前进水阀门、关状态设E门限值，按E门限操作进水 阀。图4偏差预处理流程图3、按偏差值调整进水阀开的开度:E0,开关进水阀的D/A数据随E的由大变小而逐步由大变小。E0,开

5、关进水阀的D/A数 据随IEI的由小变大而逐步由小变大。D/A数据与旧1的变化趋势一致。图5按偏差值调整进水阀开的开度流程图4、按偏差值算法确定D/A值(调整进水阀开的开度) 原则：根据IEI的数值和变化趋势确定D/A数据 的增量设：u(k)、u(k-1)为两次D/A数据al、a2、a3、为系数e(k)、e(k-l)、e(k-2)为三次偏差IEI数据选择算法：u(k)= u(k-1)+ al e(k) - a2 e(k-1)+ a3 e(k-2)注意：系数反应IEI的数值和变化趋势多次增量累加，超出(D/A)max的处理(溢出)数值仿真选择系数和算法分析：控制器要适合，有效办法是分析，创造算法

6、是控制器的核心四、实验内容与步骤1、设备的连接和检查.将水箱的放水阀门关闭或者是开度很小.检查电源开关是否打开。2、系统连线接线如图2-13所示。图2-13系统连线图1）.按图2-13所示，利用实验装置组成控制系统。调节阀通过输入4mA-20mA电流控制进水流量。液位传感器将水箱液位值转化成标准电压输出。2）.启动电源，根据实验要求设定控制值和偏差值。（根据实验三自己所测定对象的数据值来设定，在程序中必须使用数字量*）*3）.在老师的指导下，启动计算机，进入ADS1.2运行软件，进入程序编写。程序一：简单二位控制程序，设定给定值G （数字量），和采样值F比较,根据结果来设 定阀门的开还是关。注

7、意事项：1、放水阀门关闭或者开很小，初始状态保证水箱中水位在需要控制水位的下方。调节阀门只能处于两种状态（开、关），开我们这里取阀门开度10%。程序流程图（一）程序二：通过反馈值和给定值获得差值E,通过加权滤波算法后，判断阀门当前状态时 关状态，还是处于开度状态（在程序中可以通过首先手动来控制阀门处于开或者是关状 态，在程序中可以设置一个标志变量来判断，或者是在程序开始处给阀门一个控制，使 它处于某种状态，再设标志位来判断），然后比较差值E和门限上限和门限下限值来开 或者关阀门。程序流程图（二）注意事项：1、放水阀门关闭或者开很小，初始状态保证水箱中水位在需要控制水位的下方。2、调节阀门只能处

8、于两种状态（开、关），开我们这里取阀门开度10%。3、一定要首先手动将阀门处以一个状态，然后在程序根据手动设置来初始化设置的标志 位。程序三：根据差值来给定控制值，难点是确定设置K值。系数K的确定：（D/A）max与（IE l）max的比获取给淀值Gu1r采集耳停值F-1rE =Gn f p1rE值加极滴液程序流程图(三)程序四:程序中e(k) ,e(k-1),e(k-2)可以随便给值，但u(k-1)的给值要尽量和实际想符合,a1,a2,a3, 的值我们取0.5, 0.35, 0.15，注意程序中还有一个递推思想。程序流程图(四)(注：相当于 PI 算法：u(k)=u(k-1)+Kpe(k)-e(k-1)+Kde(k)-2e(k-1)+e(k-2).观察每一个控制程序填表，同时观察调节阀的变化。五、注意事项1、实验前，必须仔细阅读实验指导书，指导书中打有*号的部分使需要仔细理解的，不 懂的地方应立即向指导老师报告要求讲解。2、实验过程中，应该根据实际情况来调节参数，观察结果。3、实验线路全部接好后，必须经指导老师检查认可后，方可接通电源开始实验。六、实验报告1、画出不同dF时的系统被控制量的过渡过程曲线，记录相应的振荡周期和振荡幅度大 小。2、画出不同给定值时的控制曲线，并比较振荡周期和振荡幅度大小。3、画出各种控制算法的控制