THBDC1計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課設(shè)實(shí)踐指導(dǎo)書1

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)及操作說(shuō)明書THBDC-1型 控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 實(shí)驗(yàn)十五 單閉環(huán)溫度恒值控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?理解溫度閉環(huán)控制的基本原理；2了解溫度傳感器的使用方法；3學(xué)習(xí)溫度PID控制參數(shù)的配置。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1THBDC-1型 控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2THBXD數(shù)據(jù)采集卡一塊(含37芯通信線、16芯排線和USB電纜線各1根)3PC機(jī)1臺(tái)(含軟件“THBDC-1”)三、實(shí)驗(yàn)原理1溫度驅(qū)動(dòng)部分該實(shí)驗(yàn)中溫度的驅(qū)動(dòng)部分采用了直流15V的驅(qū)動(dòng)電源，控制電路和驅(qū)動(dòng)電路的原理與直流電機(jī)相同，直流15V經(jīng)過(guò)PWM調(diào)制后加到加熱器的兩端。2溫度測(cè)量端（溫度反

2、饋端）溫度測(cè)量端（反饋端）一般為熱電式傳感器，熱電式傳感器式利用傳感元件的電磁參數(shù)隨溫度的變化的特性來(lái)達(dá)到測(cè)量的目的。例如將溫度轉(zhuǎn)化成為電阻、磁導(dǎo)或電勢(shì)等的變化，通過(guò)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路，就可達(dá)到這些電參數(shù)的變化來(lái)表達(dá)溫度的變化。在各種熱電式傳感器中，已把溫度量轉(zhuǎn)化為電勢(shì)和電阻的方法最為普遍。其中將溫度轉(zhuǎn)換成為電阻的熱電式傳感器叫熱電偶；將溫度轉(zhuǎn)換成為電阻值大小的熱電式傳感器叫做熱電阻，如銅電阻、熱敏電阻、 Pt 電阻等。銅電阻的主要材料是銅，主要用于精度不高、測(cè)量溫度范圍（50150）不大的的地方。而鉑電阻的材料主要時(shí)鉑，鉑電阻物理、化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測(cè)溫元件和作為溫

3、度標(biāo)準(zhǔn)。鉑電阻與溫度的關(guān)系在0630.74以內(nèi)為 RtR0（1atbt2）式中 Rt溫度為t 時(shí)的溫度；R0溫度為0時(shí)的電阻； t任意溫度；a、b為溫度系數(shù)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中使用了Pt100作為溫度傳感器。在實(shí)際的溫度測(cè)量中，常用電橋作為熱電阻的測(cè)量電阻。在如圖15-1中采用鉑電阻作為溫度傳感器。當(dāng)溫度升高時(shí)，電橋處于不平衡，在a，b兩端產(chǎn)生與溫度相對(duì)應(yīng)的電位差；該電橋?yàn)橹绷麟姌?。圖15-1 溫度測(cè)量及放大電路4溫度控制系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)十三的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制相類似，雖然控制對(duì)象不同，被控參數(shù)有差別，但對(duì)于計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，卻是大同小異，都有相同的工作原理，共同的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、實(shí)驗(yàn)接

4、線1.1 用導(dǎo)線將溫度控制單元24V的“+” 輸入端接到直流穩(wěn)壓電源24V的“+”端；1.2 用導(dǎo)線將溫度控制單元05V的“+”輸入端接到數(shù)據(jù)采集卡的“DA1”的輸出端，同時(shí)將溫度變送器的“+”輸出端接到數(shù)據(jù)采集卡的“AD1”處；1.3打開(kāi)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電源總開(kāi)關(guān)。2、腳本程序的參數(shù)整定及運(yùn)行2.1啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo)“THBCC-1”，運(yùn)行實(shí)驗(yàn)軟件。2.2 順序點(diǎn)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)；2.3在腳本編輯器窗口的文件菜單下點(diǎn)擊“打開(kāi)”按鈕，并在“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用算法”文件夾下選中“溫度控制”腳本程序并打開(kāi)，閱讀、理解該程序，然后點(diǎn)擊腳本編輯器窗口

5、的調(diào)試菜單下“步長(zhǎng)設(shè)置”，將腳本算法的運(yùn)行步長(zhǎng)設(shè)為100ms；2.3點(diǎn)擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“啟動(dòng)”；觀察溫度加熱器內(nèi)溫度的變化。2.4 當(dāng)控制溫度穩(wěn)定在設(shè)定值后，再點(diǎn)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(yùn)行步長(zhǎng)，等加熱器溫度冷卻后再次啟動(dòng)程序，并觀察運(yùn)行結(jié)果。2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉腳本編輯器窗口，退出實(shí)驗(yàn)軟件。注：為了更好地觀測(cè)溫度曲線，本實(shí)驗(yàn)中可將“分頻系數(shù)”設(shè)置到最大。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1畫出溫度控制系統(tǒng)的方框圖。2分析P、I、D控制參數(shù)對(duì)溫度加熱器中溫度控制的影響。六、參考程序dim pv,sv,ei,ex,ey,k,ti,td,q0,q1,q2

6、,op,x,Ts,ux,tv 變量定義sub Initialize(arg) WriteData 0 ,1end subsub TakeOneStep (arg) 初始化函數(shù) pv = ReadData(1) '當(dāng)前溫度電壓測(cè)量值 sv=50 '設(shè)置溫度 k=20 ti=5 td=0 Ts=0.1 '采樣時(shí)間100ms ei=(sv-35)/30+1.18) -abs(pv) '當(dāng)前偏差 q0=k*(ei-ex) '比例項(xiàng) if Ti=0 then q1=0 else q1=K*Ts*ei/Ti '積分項(xiàng) end if q2=k*td*(ei-2

7、*ex+ey) /Ts '微分項(xiàng) ey=ex ex=eiop=op+q0+q1+q2if op>=3.5 then op=3.5end ifif op<=1 then op=1end iftv=35+30*(abs(pv)-1.18) TTTRACE "溫度=%f",tv '輸出溫度 TTRACE "op=%f",op TTRACE "ei=%f",ei TTRACE "pv =%f",pv WriteData op ,1end subsub Finalize (arg) 退出函數(shù)Wri

8、teData 0 ,1end sub實(shí)驗(yàn)十六 單容水箱液位定值控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 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(xué)習(xí)PID控制參數(shù)的配置。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. THBDC-1型控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)平臺(tái)2. THBXD數(shù)據(jù)采集卡一塊(含37芯通信線、16芯排線和USB電纜線各1根)3. PC機(jī)1臺(tái)(含軟件“THBDC-1”)4. THBDY-1單容水箱液位控制系統(tǒng)三、實(shí)驗(yàn)原理單容水箱液位定值控制系統(tǒng)的控制對(duì)象為一階單容水箱，主要的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為單容水箱液位定值控制。其執(zhí)行機(jī)構(gòu)為微型直流水泵，正常工作電壓為24V。直流微型水泵控制

9、方式主要有調(diào)壓控制以及PWM控制，在本實(shí)驗(yàn)中采用PWM控制直流微型水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)驗(yàn)十三的相關(guān)部分?？刂破鞑捎昧斯I(yè)過(guò)程控制中所采用的最廣泛的控制器PID控制器。通過(guò)計(jì)算機(jī)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(gòu)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(cè)量與觀察反饋信號(hào)，通常把電流反饋信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)：反饋端輸出端串接一個(gè)250的高精度電阻。本實(shí)驗(yàn)電壓與液位的關(guān)系為：

10、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(shí)驗(yàn)步驟1、實(shí)驗(yàn)接線1.1 將水箱面板上的“LT ”與實(shí)驗(yàn)臺(tái)的“GND”相連接；水箱面板上的“LT +”與實(shí)驗(yàn)臺(tái)的“AD1”相連接。1.2將水箱面板上的“輸入 ”與實(shí)驗(yàn)臺(tái)的“GND”相連接；水箱面板上的“輸入 +”與實(shí)驗(yàn)臺(tái)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。1.3打開(kāi)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電源總開(kāi)關(guān)。2、壓力變送器調(diào)零本實(shí)驗(yàn)在開(kāi)始實(shí)驗(yàn)前必須對(duì)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(chǔ)水箱中； 2.2 旋開(kāi)壓力變送器

11、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(biāo)識(shí)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(duì)應(yīng)情況，其對(duì)應(yīng)關(guān)系為：H液位=（V反饋-1）×12.5（當(dāng)液位為10cm時(shí)，輸出電壓應(yīng)為1.8V左右），如不對(duì)應(yīng)，再重復(fù)步驟2.1、2.2直到對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)情況，那么可適度調(diào)節(jié)壓力變送器中電路板上有“S”標(biāo)識(shí)的增益電位器，再重復(fù)步驟2.1、2.2、2.3直到對(duì)應(yīng)為至。但在實(shí)際應(yīng)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(yùn)行3

12、.1啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo)“THBCC-1”，運(yùn)行實(shí)驗(yàn)軟件。3.2 順序點(diǎn)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(diǎn)擊“打開(kāi)”按鈕，并在“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用算法”文件夾下選中“水箱控制”腳本程序并打開(kāi)，閱讀、理解該程序，然后點(diǎn)擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“步長(zhǎng)設(shè)置”，將腳本算法的運(yùn)行步長(zhǎng)設(shè)為100ms；3.4點(diǎn)擊腳本編輯器窗口的調(diào)試菜單下“啟動(dòng)”；觀察水箱內(nèi)液位的變化。3.5 當(dāng)水箱液位穩(wěn)定在設(shè)定值后，再點(diǎn)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(yùn)行步長(zhǎng)，再次啟動(dòng)程序，并觀察運(yùn)行結(jié)果。3.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)

13、束后，關(guān)閉腳本編輯器窗口，退出實(shí)驗(yàn)軟件。注意： 為了更好地觀測(cè)液位曲線，本實(shí)驗(yàn)中可將“分頻系數(shù)”設(shè)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(shí)驗(yàn)時(shí)出水閥的開(kāi)度一般調(diào)節(jié)至整個(gè)閥開(kāi)度的70%左右； 由于本實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)，其液位的控制精度在10%內(nèi)即可。五、報(bào)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(duì)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(kāi)度大小對(duì)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) '

14、初始化函數(shù) WriteData 0 ,1end subsub TakeOneStep (arg) '算法運(yùn)行函數(shù) pv = ReadData(1) '當(dāng)前測(cè)量值 h=(pv-1)*12.5 TTTRACE "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(dāng)前偏差 q0=k*(ei-ex) '比例項(xiàng) if Ti=0 then q1=0 el

15、se q1=K*Ts*ei/Ti '積分項(xiàng) end if q2=k*td*(ei-2*ex+ey) /Ts '微分項(xiàng) 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=3.5 end if TTRACE"op=%f",op WriteData op ,1 end subsub Finalize (arg) '退出函數(shù) WriteData 0 ,1end sub西工大自控實(shí)驗(yàn)臺(tái)ACES實(shí)驗(yàn)十六 溫度控制實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?鞏固閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本概念。2掌握溫度的一種采集方法。3掌握PID算法數(shù)字化的方法和編程。4掌握模擬PID控制電路的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)。二實(shí)驗(yàn)說(shuō)明加熱棒溫度控制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了內(nèi)部控制和外部控制兩種實(shí)驗(yàn)方案。外部控制要求使用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上提供的電子元器件搭建PID調(diào)節(jié)電路實(shí)現(xiàn)加熱棒的溫度控制。內(nèi)部控制實(shí)驗(yàn)則通過(guò)采集模塊實(shí)現(xiàn)加熱棒溫度的計(jì)算機(jī)控制。溫度傳感器選用集成溫度傳感器AD590。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1編寫程序，實(shí)現(xiàn)加熱棒溫度的閉環(huán)調(diào)速（內(nèi)部控制），使溫度穩(wěn)定在某一給定值上。2使用實(shí)驗(yàn)臺(tái)備選區(qū)部分提供的元器件自行搭建PID控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱棒溫度的控制（外部控制）。四實(shí)驗(yàn)步驟1內(nèi)部控制首先，將控制對(duì)象