三容水箱液位控制與網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、實(shí)驗(yàn)課是理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的橋梁，為提高教學(xué)質(zhì)量，必須建設(shè)完備的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，向?qū)W生提供良好的實(shí)驗(yàn)條件。基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實(shí)驗(yàn)室安全、生動(dòng)，它以計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，充分利用了有限的物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備，是對(duì)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)條件的有益補(bǔ)充。從虛擬實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀來(lái)看，大多采用純軟件仿真形式。這種形式的虛擬實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，物理信號(hào)完全理想化，脫離了實(shí)物被控對(duì)象。 本文綜述了國(guó)內(nèi)外虛擬實(shí)驗(yàn)室研究與使用現(xiàn)狀，提出了構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)目標(biāo)，即：以三容水箱液

2、位系統(tǒng)作為實(shí)物被控對(duì)象，建設(shè)一個(gè)具有B/S結(jié)構(gòu)的，開放的遠(yuǎn)程網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)室。 首先，研究了被控對(duì)象串接式三容水箱系統(tǒng)。三容水箱是典型的非線性大時(shí)延開環(huán)穩(wěn)定對(duì)象，為相關(guān)控制策略的研究提供了平臺(tái)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中液位控制系統(tǒng)的研究有指導(dǎo)作用。分析了三容水箱液位系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)以及數(shù)學(xué)特性，采用混合建模法對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。 其次，對(duì)三容液位系統(tǒng)控制策略進(jìn)行了詳細(xì)研究，主要分為傳統(tǒng)過(guò)程控制策略和先進(jìn)過(guò)程控制策略兩部分。傳統(tǒng)過(guò)程控

3、制主要采用PD控制，PID控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，但從單PD控制器在本文研究的三容液位控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，穩(wěn)定性差，這是由于PID參數(shù)不可變?cè)斐傻?。解決這種PID控制參數(shù)不可變的缺點(diǎn)有兩種方案，一是采用先進(jìn)控制策略，二是對(duì)單PID算法進(jìn)行改進(jìn)。在研究先進(jìn)過(guò)程控制策略時(shí)，分別采用模糊控制和單神經(jīng)元進(jìn)行調(diào)整，詳細(xì)論述了模糊PD控制和單神經(jīng)元自適應(yīng)Pm控制的工作原理和工作過(guò)程，并作了仿真，仿真結(jié)果表明，超調(diào)量小，穩(wěn)態(tài)誤差可以

4、得到有效控制。 再次，構(gòu)建了過(guò)程控制網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室，主要包括控制回路的結(jié)構(gòu)、組成以及B/S結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。采用LN2000DCS系統(tǒng)作為控制回路，視頻服務(wù)器、攝像機(jī)、電動(dòng)云臺(tái)組成監(jiān)控回路。系統(tǒng)采用的B/S結(jié)構(gòu)，可以使用三維力控組態(tài)軟件的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，這涉及到LN2000DCS與組態(tài)軟件進(jìn)行通信問(wèn)題。本文采用工業(yè)領(lǐng)域常用的OPC通信，OPC通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。構(gòu)建了PID三閉環(huán)算法并在實(shí)物對(duì)象上作了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)