单容水箱液位定值控制系统

实验八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. THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验台平台

2. THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)

3. PC机1台(含上位机软件“THBDC-1”)

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

四、实验步骤

1. 调节好单容水箱的出水口阀门的大小，连接实验电路：

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。

2. 启动计算机，在桌面双击图标THTJ-1，运行实验软件。

3. 点击工具栏上的“通道设置”，在弹出的对话框中选择单通道采集、通道“1”，并点击“开始采集”按钮。

4. 打开工具栏上“脚本编辑器”，在“脚本编辑器”窗口上点击“打开”按钮，在“计算机控制算法”文件夹下选中“水箱控制”脚本程序并打开，阅读、理解该程序，设置好SV、P、I、D值；然后在“脚本编辑器”窗口上点击“运行”按钮，观察直流电机的运行情况。

5. 在“脚本编辑器”窗口上点击“停止”按钮，适量改变控制器SV、P、I、D值的大小，再点击“运行”按钮。再观察直流电机的运行情况。

6. 实验结束后，关闭“脚本编辑器”窗口，并顺序点击对话框中的“停止采集”与工具栏的“退出”按钮。

注意：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。

7. 按照实验要求完成实验报告

六、实验报告要求

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

dim pv,sv,ei,ex,ey,k,ti,td,q0,q1,q2,x,Ts,op,h ‘变量定义

sub inputdata () ‘输入接口程序

pv=myobject.inputdata1

end sub

sub main() ‘主程序

sv=10 ‘水箱液位的控制高度，单位cm k=8 ‘P参数

ti=1 ‘I参数

td=0 ‘D参数

Ts=0.2 '采样时间200ms

ei=(sv/12.5)+1-pv

h=(pv-1)*12.5

myobject.var1=h

if k=0 and ti=0 and td=0 then

q0=0

q1=0

q2=0

end if

if k<>0 and ti<>0 then

q0=k*(ei-ex)

q1=k*Ts*ei/ti

q2=k*td*(ei-2*ex+ey)/Ts

end if

if ti=0 then

q0=K*(ei-ex)

q1=0

q2=k*td*(ei-2*ex+ey)/Ts

end if

ey=ex

ex=ei

if q1>3.5 then

q1=3.5

end if

if q1<-3.5 then

q1=-3.5

end if

op=op+q0+q1+q2

if op>=3.5 then

op=3.5

end if

if op<=0 then

op=0

end if

end sub

sub outputdata() ‘输出接口程序myobject.outputdata1=op

end sub