過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

22試驗(yàn)一過程掌握系統(tǒng)簡介及過程掌握演示一、組合式過程掌握系統(tǒng)介紹型掌握方式—單回路掌握，串級掌握、前饋掌握、均勻掌握和比值掌握。二、主要儀器與設(shè)備12USB-4711AUSB-4711AUSB端口與計(jì)算機(jī)相連，USB-4711A通過USB端口獲得所需電源，該模塊包含了全部的數(shù)據(jù)采集功能，如：16AI，2AO，8DI，8路DO，132位計(jì)數(shù)器，其中A/DD/A12位。USB-4711A1.11.2USB-4711AI/O接口的針腳定義。圖1.1 USB-4711A模塊LED

USBDO1 DO1 DO2 8-TTLDOPort AI2DO3 AI3DGND AGNDDO4 AI4DO5 AI5DO6DO7DGNDDI0DI1DI2DI3

8-TTLDIPort

16-S6-DiffAIAI7AGNDAI8AI9AI10AI11DGND AGNDDI4 AI12DI5 AI13DI6DI7DGND

CnrnalGAGXDGVPOut

AGOAGO0

AI14AI15AGNDTRG IN圖1.2 I/O接口針腳定義3水箱如圖1.3所示，技術(shù)參數(shù)見表1.1。工作溫度工作溫度外部尺寸寬度240mm深度190mm高度385mm材質(zhì)1.3水箱塑料41.41.2。表1.2 流量傳感器技術(shù)參數(shù)工作電壓5工作電壓5to12VDC工作電流6to33mA輸出信號方波信號，5…12V頻率范圍13to1200HZ測量范圍0.5to15.0l/min工作壓力80°Cmax。6bar工作溫度接線方式0°Cto65°C白：電源正綠：電源負(fù)褐：輸出+圖1.4 流量傳感器51094-PMR1.51.3。表1.3 比例閥性能指標(biāo)工作電壓24工作電壓24VDC掌握電壓0—10VDC功率8W工作壓力0to0.5bar環(huán)境溫度媒介Max。+55°C自然媒介，如水、壓縮空氣媒體溫度0°Cto+65°C圖1.5 比例閥1094-PMR1.6所示。2：+24V，3：24V4：輸出掌握信號。R1：最小流量調(diào)整，R2：最大流量調(diào)整，R3：延遲時(shí)間調(diào)整。S〔on：中頻S〔off〕6主要技術(shù)參數(shù)見表1.4。1.4液位傳感器技術(shù)參數(shù)

圖1.6 1094-PMR比例閥接口7主要技術(shù)參數(shù)見表1.5。工作電壓24VDC表1.5 溫度傳感器技術(shù)參數(shù)測量范圍0－400mm工作電壓 24VDC輸出信號0—5VDC測量范圍 0－100°C工作溫度-40—120°C輸出信號 0—5VDC接線方式紅：電源正黑：電源負(fù)藍(lán)：輸出+紅：電源正接線方式 綠：電源負(fù)黃：輸出+8管路、接頭、手動(dòng)閥如圖1.7所示。系統(tǒng)全部部件的連接都是直接插拔，格外便利。

圖1.7 管路、接頭等試驗(yàn)二傳感器、執(zhí)行器試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康牧私鈧鞲衅鞯墓ぷ髟恚盐粘Ｓ脗鞲衅?、USB-4711A接口模塊在掌握過程中的使用方法。二、試驗(yàn)要求出的功能；三、試驗(yàn)步驟1、液位傳感器的測試USB-4711A模塊的AI應(yīng)的高度。入下表。輸出高度250mm200mm150mm100mm50mm萬用表測量值〔伏〕3.092.471.841.220.6A/D口測量值(伏)3.1054692.4707031.8652341.2353520.615234248.4375 197.6562 149.2187機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)換高〔mm〕 2 4 2 98.82816 49.21872相對誤差〔%〕0.625%1.172%0.521%1.172%1.563%〔mm〕249.43198.66150.2298.8350.222、溫度傳感器的測試USB-4711AA/D口測出溫度傳感器的輸出電壓，并在計(jì)算機(jī)內(nèi)將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度。將測量數(shù)據(jù)填入下表。溫度計(jì)溫度計(jì)〔度〕20.2萬用表測量值〔伏〕1.01A/D口測量電壓(伏)1.025391機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)換溫度〔度〕20.50782相對誤差〔%〕1.524%3、流量傳感器的測試USB-4711A模塊對應(yīng)的流量。將測量結(jié)果填入下表。脈沖數(shù)〔個(gè)/秒〕1901141712737流量〔l/min〕2.6621.7342.430.6710.7934、AO口輸出測試口輸出不同電壓，比較機(jī)內(nèi)電壓與實(shí)際輸出電壓，并將結(jié)果填入下表。掌握量〔伏〕02.557.510測量值〔伏〕02.014.436.939.4相對誤差〔%〕019.6%11.4%7.6%6%四、思考題中實(shí)行的修正方法。答：準(zhǔn)確性：誤差緣由：機(jī)誤差都有影響。零位誤差值。一、試驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)單容水箱動(dòng)態(tài)特性的試驗(yàn)測定方法。二、試驗(yàn)要求通過試驗(yàn)的方法建立液位對象的過程數(shù)學(xué)模型。三、試驗(yàn)步驟利用液位對象的液位與輸出流量的關(guān)系建立其模型計(jì)算機(jī)進(jìn)水LTFT出水計(jì)算機(jī)進(jìn)水LTFT出水圖3.1 利用液位—輸出流量關(guān)系建立模型的試驗(yàn)原理圖對于液位系統(tǒng)，依據(jù)動(dòng)態(tài)物料平衡關(guān)系有QQi O

dhdt

〔3.1〕式中：Qi

—輸入流量；QO

—輸出流量；h—液位高度； A—水箱截面積；Q、Qi

、h分別為偏離某一平衡狀態(tài)Qi0dh

、Q 、hO0

的增量。在靜態(tài)時(shí)，QQ， 0，當(dāng)Q變化時(shí)，h、Q

也將發(fā)生變化，由i O dt i Oh與流量之間為非線性關(guān)系，為簡化起見，作線性化處理。近似認(rèn)為QO

h在工作點(diǎn)四周成正比，而與出水閥的阻R2〔稱為液阻〕成反比，即Q hO R2

或R h2 Q0

〔3.2〕由式〔3.1、式〔3.2，消去中間變量Q ，再求拉氏變換得：O單容液位過程的傳遞函數(shù)為：H(S) R KW(S)

Q(S)i

2 RAS12

TS1

〔3.3〕關(guān)閉出水閥，向水箱內(nèi)注水至260mm左右，將出水閥調(diào)整至適當(dāng)開度QOR24.71R2QOR24.71R2〔min/dm^2)〔min/dm^2)4.654.694.71h(mm)120160200240〔l/min〕1.9542.0392.1252.210A190mm175mm。W(S)

4.691四、思考題1、分析可能造成模型不準(zhǔn)確的緣由。答：〔1〕.建模方法存在簡化，實(shí)際中液阻和液位之間關(guān)系不是嚴(yán)格線性的?！?〕.液位與流量傳感器測量不準(zhǔn)確?！?〕.水管流通性不好，出水?dāng)嗬m(xù)。一、試驗(yàn)?zāi)康腜ID調(diào)整器參數(shù)整定的方法。二、試驗(yàn)要求器參數(shù)進(jìn)展整定。三、試驗(yàn)內(nèi)容計(jì)算機(jī)進(jìn)水MLI出水計(jì)算機(jī)進(jìn)水MLI出水圖4.1 液位單回路掌握系統(tǒng)原理圖2、畫出液位單回路掌握系統(tǒng)方框圖。3、依據(jù)液位對象的數(shù)學(xué)模型，選擇系統(tǒng)的采樣周期為：T 0.5s 。S4、軟件功能及正確性測試斷開執(zhí)行器掌握信號，對液位單回路掌握系統(tǒng)軟件進(jìn)展如下測試：運(yùn)行掌握軟件，觀看并測量AO口掌握電壓是否漸漸增加到10V，并最終穩(wěn)定10V；AO0V；AO0V。5PID調(diào)整器的參數(shù)。選擇PID調(diào)整器參數(shù)K 、T、T 的初始值，觀看掌握效果。依據(jù)閱歷C I D調(diào)整器參數(shù)性能指標(biāo)試驗(yàn)次數(shù)調(diào)整器參數(shù)性能指標(biāo)試驗(yàn)次數(shù)KTITD0tC0S1310.111.43%220231011.76%244321017.65%273431.6016.28%200四、思考題1、在掌握過程中遇到了哪些問題，你是如何解決的？答：液位傳感器測量不是很準(zhǔn)，最終穩(wěn)定的位置不是在設(shè)定的位置。位傳感器的誤差減小。2、為了提高掌握效果，你在掌握算法上實(shí)行了哪些改進(jìn)措施？10V10V0V0V試驗(yàn)五流量單回路掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及參數(shù)整定一、試驗(yàn)?zāi)康腜ID調(diào)整器參數(shù)整定的方法。二、試驗(yàn)要求依據(jù)流量對象的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)流量定值掌握系統(tǒng)，并對系統(tǒng)進(jìn)展參數(shù)整定。三、試驗(yàn)步驟系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)進(jìn)水 MFT出水圖5.1 流量單回路掌握系統(tǒng)原理圖2、畫出流量單回路掌握系統(tǒng)方框圖。設(shè)定流量值設(shè)定流量值液位3、依據(jù)流量對象的特點(diǎn)，選擇系統(tǒng)的采樣掌握周期為：T 0.5s 。S4、選擇PID調(diào)整器參數(shù)K 、TC I

、T的初始值，觀看掌握效果。依據(jù)經(jīng)D掌握器試驗(yàn)次數(shù)K掌握器試驗(yàn)次數(shù)KTITD0tC0S111010.928.5PID23110.81.20019.56.526.526.541.51.2010.921.5四、思考題1、流量對象與液位對象有什么區(qū)分？掌握通道短，到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)間較短。道長，到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間較長。2、流量掌握系統(tǒng)的參數(shù)整定要留意哪些問題？答：流量的時(shí)間常數(shù)較小，取Td應(yīng)當(dāng)小，甚至為0也可以；KcTi附：試驗(yàn)代碼試驗(yàn)二：#include<stdio.h>#include<windows.h>#include“driver.h“voidmain{longDriverHandle;PT_AIConfigptAIConfig;PT_AIVoltageInptAIVoltageIn;floatadvalue;floatheight;DRV_DeviceOpen(0,&DriverHandle); //翻開設(shè)備//AI配置ptAIConfig.DasChan=0; //AI0ptAIConfig.DasGain=4; //GainCode，AI口輸入范圍：-10—+10VDRV_AIConfig(DriverHandle,(LPT_AIConfig)&ptAIConfig);//讀取指定AI口通道的電壓值ptAIVoltageIn.chan=0; 通道0ptAIVoltageIn.gain=4; //GainCode，AI口輸入范圍：-10—+10VptAIVoltageIn.TrigMode=0; //內(nèi)部觸發(fā)ptAIVoltageIn.voltage=(FLOATfar*)&advalue; //advalue變量返回電壓值DRV_AIVoltageIn(DriverHandle,(LPT_AIoltageIn)&ptAIoltageIn);height=advalue*80;printf(“ADvalue=%f!\n“,advalue,“height=%f!\n“,height);DRV_DeviceClose(&DriverHandle); //關(guān)閉設(shè)備}2、AO口輸出測試#include<stdio.h>#include<windows.h>#include<time.h>#include“driver.h“voidmain{longDriverHandle;ULONGnum1=0,num2=0;intcount;USHORTover=0;PT_CounterEventStartptCounterEventStart;PT_CounterEventReadptCounterEventRead;DRV_DeviceOpen(0,&DriverHandle);ptCounterEventStart.counter=0; //0通道計(jì)數(shù)器初始化DRV_CounterEventStart(DriverHandle,&ptCounterEventStart);ptCounterEventRead.counter=0; //0通道計(jì)數(shù)器ptCounterEventRead.overflow=&over; //計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志ptCounterEventRead.count=&num1;//存儲當(dāng)前計(jì)數(shù)值DRV_CounterEventRead(DriverHandle,(LPT_CounterEventRead)&ptCounterEventRead);printf(“%lu\n“,num1);Sleep(1000);ptCounterEventRead.counter=0;ptCounterEventRead.overflow=&over;ptCounterEventRead.count=&num2;DRV_CounterEventRead(DriverHandle,(LPT_CounterEventRead)&ptCounterEventRead);printf(“%lu\n“,num2);count=num2-num1;printf(“%d\n“,count);DRV_CounterReset(DriverHandle,0);DRV_DeviceClose(&DriverHandle);}試驗(yàn)三：#include<stdio.h>#include<windows.h>#include<time.h>#include<conio.h>#include“driver.h“voidmain{longDriverHandle;ULONGnum1=0,num2=0;longcount,t=0;floatq;USHORTover=0;FILE*fp;fp=fopen(“text.txt“,“w“);PT_CounterEventStartptCounterEventStart;PT_CounterEventReadptCounterEventRead;DRV_DeviceOpen(0,&DriverHandle);ptCounterEventStart.counter=0;DRV_CounterEventStart(DriverHandle,&ptCounterEventStart);while(!kbhit){num2=num1;ptCounterEventRead.counter=0;ptCounterEventRead.overflow=&over;ptCounterEventRead.count=&num1;DRV_CounterEventRead(DriverHandle,(LPT_CounterEventRead)&ptCounterEventRead);if(over==0)count=num1-num2;elsecount=4294967295+num2-num1;q=(14.5/1187)*(count-13)+0.5;printf(“num1=%lu,num2=%lu,num1-num2=%d,q=%5.3f,t=%d\n“,num1,num2,count,q,t);fprintf(fp,“num1=%lu,num2=%lu,num1-num2=%d,q=%5.3f,t=%d\n“,num1,num2,count,q,t);Sleep(1000);t+=1;}fclose(fp);DRV_CounterReset(DriverHandle,0);DRV_DeviceClose(&DriverHandle);}試驗(yàn)四：include<stdio.h>#include<windows.h>#include“driver.h“#include<conio.h>#include<math.h>#include<time.h>voidmain{FILE*fp=fopen(“four.txt“,“w“);longDriverHandle;floatvin=0;floatheightin=0;floatheight=0;floatv=0;floatTs=0.5;floatseth=160;floatkc=3,td=0,ti=1;floate1=0,e2=0,e3=0;floattime=0;intn=1;PT_AIConfigptAIConfig;PT_AIVoltageInptAIVoltageIn;//AI通道定義PT_AOConfigptAOConfig;PT_AOVoltageOutptAOVoltageOut;//A0通道定義DRV_DeviceOpen(0,&DriverHandle); //翻開設(shè)備//AI配置ptAIConfig.DasChan=0; //AI0ptAIConfig.DasGain=4; //GainCode，AI口輸入范圍：-10—+10VDRV_AIConfig(DriverHandle,(LPT_AIConfig)&ptAIConfig);//AO配置ptAOConfig.chan=0; //AO通道0ptAOConfig.RefSrc=0;//內(nèi)部參考源ptAOConfig.MaxValue=10;//最大輸出電壓ptAOConfig.MinValue=0;//最小輸出電壓DRV_AOConfig(DriverHandle,(LPT_AOConfig)&ptAOConfig);while(!kbhit){time=n*Ts;//讀取指定AI口通道的電壓值ptAIVoltageIn.chan=0; //通道0ptAIVoltageIn.gain=4; //GainCode，AI口輸入范圍：-10—+10VptAIVoltageIn.TrigMode=0; //內(nèi)部觸發(fā)ptAIVoltageIn.voltage=(FLOATfar*)&vin;//advalue變量返回電壓值DRV_AIVoltageIn(DriverHandle,(LPT_AIVoltageIn)&ptAIVoltageIn);height=vin*80;e1=e2;e2=e3;e3=(seth-height)/80;v+=kc*((e3-e2)+Ts*e3/ti+td/Ts*(e3-2e2+e1));if(v>10){v=10;}elseif(v<0){v=0;}ptAOVoltageOut.chan=0;ptAOVoltageOut.OutputValue=v;// 輸出的電壓值,浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)DRV_AOVoltageOut(DriverHandle,(LPT_AOVoltageOut)&ptAOVoltageOut);printf(“time=%f“,time);printf(“height=%f“,height);printf(“v=%f\n“,v);fprintf(fp,“time=%f“,time);fprintf(fp,“height=%f“,height);fprintf(fp,“v=%f\n“,v);Sleep(500);n++;}fclose(fp);ptAOVoltageOut.chan=0;ptAOVoltageOut.OutputValue=0;//要輸出的電壓值,浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)DRV_AOVoltageOut(DriverHandle,(LPT_AOVoltageOut)&ptAOVoltageOut);DRV_DeviceClose(&DriverHandle);}試驗(yàn)五：#include<stdio.h>#include<windows.h>#include“driver.h“#include<conio.h>#include<math.h>#include<time.h>voidmain{FILE*fp=fopen(“four.txt“,“w“);longDriverHandle;floatQin=2;doubleQC=0;doublev=0;floatTs=0.5;ULONGnum1=0,num2=0;floatkc=3,td=0,ti=1;floate1=0,e2=0,e3=0;USHORTover=0;floattime=0;longcount,t=0;PT_AOConfigptAOConfig;PT_AOVoltageOutptAOVoltageOut;//A0通道定義PT_CounterEventStartptCounterEventStart;PT_CounterEventReadptCounterEventRead;DRV_DeviceOpen(0,&DriverHandle); //翻開設(shè)備ptCounterEventStart.counter=0; //0通道計(jì)數(shù)器初始化DRV_CounterEventStart(DriverHandle,&ptCounterEventStart);//AO配置ptAOConfig.chan=0; //AO通道0ptAOConfig.RefSrc=0;//內(nèi)部參考源ptAOConfig.MaxValue=10;//最大輸出電壓ptAOConfig.MinValue=0;//最小輸出電壓