双容水箱控制实验系统，有助于学生更好地理解所

双容水箱控制实验系统，有助于学生更好地理解所 双容水箱综合控制远程实验系统说明 1 简介 学生在学习过程中，对于被控对象控制系统的数学模型建立、传感器检测过程、计算机控制器控制算法编程过程、控制信号输出及执行器操纵控制被控变量的实时过程等方面知识感到极为抽象而难以理解掌握，或者一知半解。而掌握的理论知识也只是纸上谈兵，不能应用于实际中去，理论与实践距离相差极大。本文介绍的双容水箱控制系统就是基于这方面出发，应用于教学实验，提供了一个形象逼真的水箱水位自动控制过程的操作界面。 双容水箱控制实验系统，有助于学生更好地理解所学到的控制算法方面的知识。此系统的使用可以满足学校对控制系统实验教学的需求，给学生得到实验最直观地反映。目前的工业计算机控制，大部分还是在于控制温度、压力、液位、流量等实际系统，其控制过程大致为:先通过传感器获得控制对象的测量值，然后通过A/D转换把模拟的测量量变成计算机能处理的数字量，然后计算机采用一定的控制算法，算出控制量;再通过D/A器件把数字化的控制量转化成模拟量，最后加到被控对象上，这一过程就是一个完整的控制过程。本实验水箱的液位控制过程与上述是相类似的，可以获得较好的控制效果。本实验器件简单，此外系统的友好界面可以让使用者易于上手。 2 硬件结构 本系统由双容水箱作为控制对象，水箱的液位H1和H2作为被控量。水箱里液位的变化，由压力传感器转换成4-20mA的MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1715644147092_0电信号，在由I/O接口的A/D转换成数字信号后，送入计算机端口。经计算机算出的控制量通过D/A转换成1,5V的控制电信号，加到功放上，通过改变调节阀的开度向水箱加水来控制水箱里的液位高度。 整个实验系统 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 如图1所示。实验对象为双容水箱。实验配置有上位水箱、下位水箱、水槽以及水泵、气动调节阀、涡轮流量计、液位变送器、切换管路状态的电磁阀等部件。整个实验系统采用一体化结构，四周开放，既保证了实验系统的整洁美观，符合现代实验室的审美要求，又可以让学生看到实验系统的每个部件，增强学生对实验的感性认识。 实验用水由水泵经过电动调节阀和流量计后分别向上水箱、下水箱供水。整个管路系统可以通过电磁阀的通断切换而组合成不同的实验回路。上下水箱各被分隔成不同容积的两个水槽， 可以组合成不同时间常数的水箱。上位水箱的水由电磁阀控制，流入下位水箱，二个水箱串联后可以实现双容实验。 3 双容水箱介绍 双容水箱是本实验系统的控制对象，了解此被控对象的特征，对选择合适的参数，获得较好的控制效果有很大的帮助。为此在具体水箱的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 上作如下构思。 灵活可变的对象。考虑到实际工业对象的复杂性即可以是一阶的也可以是高阶的，在此实验 中，将相邻水箱之间相连通就可以构成二阶对象，阀门开度大小还可以改变具体对象的模型参数。实际对象通常具有一时延，为了模拟对象时延还可以人为加入软件延时以达到纯延时的效果。实验结果证实这样的构思达到了很好的效果。 实际控制系统往往存在各式各样的扰动，扰动的作用点也不同。在此实验装置中，我们设计了旁路阀门的开启对控制系统的扰动影响，考核控制参数的优劣和系统抗干扰的能力，观察系统克服外扰的响应过程。这些扰动作用的大小和扰动的快慢都可以由人为决定。 电磁阀 1号水箱 PT1 水流缓冲 2号水箱 PT2 水流缓冲 气动调FT1大水箱节阀水泵D D FT2 图1 实验流程示意图 通常工业对象的控制参数在很大范围内变动，实验在设计上提供了设定值和PID参数的设置选项，通过设定不同的参数满足不同的控制要求。 本装置具有不同的被控模型，既可以是一阶的(单容)也可以是二阶的(双容)，通过人机界面进行切换来进行不同的实验。 4 实验原理与过程 本实验的下位机部分采用三菱PLC进行梯形图编程，上位机部分采用组态王构成人机界面。 在双容水箱实验中，上下水箱之间的连接阀阀门保持适当的开度不变，水箱出、入水阀门存在干扰信号的情况下，设计适当的控制算法，根据液位传感器检测的液位信号与设定值之间的偏 差发出调控信号，调节相应水箱的阀门开度，从而控制其入水流量，使得上水箱或下水箱的液位保持在设定值。上下水箱系统是一个较为典型的有自平衡能力的对象，当水的流入量与流出量相等时，液位保持不变。流入侧的进水阀门突然开大，水的流入量阶跃增多，水位随即上升;随着水位的上升，水箱内的液体静压力增高，使水的流出量相应增大，这一趋势将使水的流出量再次等于流入量，液位在新的平衡下稳定下来。 水箱系统硬件与微机相连后，运行系统软件便可以开始实验了。系统运行后，界面如图2所示。左侧为系统装置图，示意了水箱、阀门等相对位置，并显示液位值与流量值。右侧为显示与设定区，上部为液位的实时曲线，下部为参数设定，可选择实验水箱、设定值、阀门开度、PID值等参数。 图2 实验画面 如此安排，使系统在各个时刻的数据量能清晰、明了的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达。在实验结束后，还可以保存本次实验数据，随时进行查询，并在需要的时候重现本次实验曲线。该实验系统综合性强，内容覆盖面广，适合于控制相关专业的学生，有效地提高了实验效果和实验质量。 被测对象由两个不同容积的数学水箱串联组成，故称其为双容对象。双容水箱数学模型是两个单容水箱数学模型的乘积，即双容水箱的数学模型可用一个二阶惯性环节来描述: K,,sG(s)= G(s)*G(s)= e 12(Ts+1)(Ts+1)12 式中K=k1*k2，为双容水箱的放大系数，T、T分别为两个水箱的时间常数，τ为滞后常数。l2 通过实验法进行水箱数学模型测试，本试验中的被测量为下水箱的液位，当上水箱输入量有一个阶跃增量变化时，上水箱液位的响应曲线为图3(a)所示一单调上升的指数曲线，而下水箱液位的响应曲线则呈如图3(b)所示的曲线，即下水箱的液位响应滞后了。可通过试验测量确定出具体的K、T、τ的值。 图3 单容与双容水箱液位图 对于本实验所采用的PID控制，有以下特性特性: 比例系数k越大，调节作用越强，会使系统响应速度越快，动态特性越好。但是随着比例环节的增大，稳态水位会有小幅度不规则振荡，比例系数太大可能导致水位剧烈振荡甚至造成系统不可控。所以需要采取适当的比例系数。积分作用的特点和调节器的输出与偏差存在的时间有关，只要存在偏差，输出就会随时间不断增长，直到偏差消除，调节器的输出才会不变化。因此，积分作用能消除静差，积分的作用动作缓慢，而且在偏差刚出现时，调节器作用很弱，不能及时克服扰动的影响，致使被调参数的动态偏差增大，调节过程增长。所以要根据具体要求适当选择比例和积分系数，以求达到最好的控制效果。 5 ForInternet远程访问 随着计算机网络技术和通信技术的发展，远程控制已成为当今自动化领域的一项关键技术，越来越受到重视。基于Internet的远程控制技术的研究，不仅充分利用了资源，拓宽了Intemet的使用范围，而且也能够减少控制系统运行成本，扩大远程化距离，实现任意节点的访问机制。 应用组态王软件所提供的ForInternet功能，我们可以实现远程客户端对现场的实时监测与控制。在主机上对网络的端口与节点进行参数配置后，在客户端IE界面中输入主机IP地址与端口，即可显示该实验系统的画面。因此我们可以了解当前对象值和各设备的运行情况，同时能够选择控制方式和设定参数，结合前面的辨识结果进行修正，控制泵、阀的启停开闭，最终达到理想的 控制目的。 利用组态王(网络版)软件可以远程浏览监测整个控制系统，根据要求修改控制信息，不但验证了实 验辨识的结果，而且实现了远程人机交互动能。