实验2、液位开关式计算机控制系统实验一、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：ADS1.2集成开发环境。三、实验原理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-HP≥dF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HP〉HS，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2双位控系统的过程曲线图3二位控制程序流程图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：E>0,开关进水阀的D/A数据随E的由大变小而逐步由大变小（E越大，则D/A值越大，阀门开度越大）。E<0，开关进水阀的D/A数据随|E|的由小变大而逐步由小变大。D/A数据与|E|的变化趋势一致。注意：系数K的确定：(D/A)max与(|Ｅ|)max的比稳定性分析：有扰动，造成振荡D/A=K*|E|+(D/A)0其中(D/A)0为稳定在20cm时对应的D/A量。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|Ｅ|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a1、a2、a3、为系数e(k)、e(k-1)、e(k-2)为三次偏差|Ｅ|数据选择算法：u(k)=u(k-1)+a1e(k)-a2e(k-1)+a3e(k-2)注意：系数反应|Ｅ|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，创造算法是控制器的核心四、实验内容与步骤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。系统连线接线如图2-13所示。液位传感器输出+-调节阀输入-+压力传感器+AN1GNDGND+OUT2EasyArm2200实验箱控制入水液位输出图2-13系统连线图按图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。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**）****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