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虚拟仪器实验报告虚拟仪器课程设计实验报告
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《微机化仪器综合设计与实践》测验指导书大学机电工程学院目次测验六基于PID算法的可控硅水温自动调理系统设计一、,熟谙数据处理模块、信号分析模块、仪器操纵模块等各种软件模块的应用。
(C语言/汇编语言)设计、调试及嵌入LabVIEW的技术。
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-68LP接线端子板各接口,利用CB-68LP端子板和PCI-6023E数据采集卡举行模拟量和数字量的转换及相关数据采集。
二、测验主要仪器设备和材料(1)装有labwindows/CVI软件PC一台(2)PC-DAQ/PCI卡(3)CB-68LP端子板(4)变送器(型号SBWZ-2460)(5)可控硅(6)热电偶三、测验内容和要求1、测验内容1)、对水温举行数据采样:先把水温加热至某个温度值(100℃左右,利用万能表测试相应引脚的输出电压,温度每下降1摄氏度,就连忙记录输出电压值。
2)、对采样数据举行处理:通过查看可知,电压与温度不成线性关系,是一条曲线,因此,本设计采用分段直线拟合。得出电压与温度的对应关系。
3)、用户界面设计:用Labwindows/CVI软件举行用户界面开发,并举行编程。概括程序见后面。
4)、举行调试:把PC和其他设备连接好,测试程序,设置PID参数,观察操纵效果,确立PID参数。
5)、重新对数据采样:开头采样时,由于温度和电压值都不断发生变化,而温度计显示变化相对于电压变化有确定的滞后,造成微机上温度显示数值比温度计发生确定量的偏移,造成较大误差。因此,此次采样利用刚开发的程序操纵炉温恒定,查看电压变化范围,记录多个电压值,求其平均值。但只需要对片面温度采样就可以了,由于这里采用线段拟合成曲线,只需要线段的端点数据就可。
6)、重新调试程序,并完善用户界面。
2、程序如下:
######include““StaticintpanelHandle;StaticdoubleWave[1024];StaticdoubleTemp[1024];StaticdoubleA;StaticdoubleF;StaticdoublePh,VOL,GG;StaticdoubleAM;StaticdoublePGAIN;StaticdoubleIGAIN;StaticdoubleDGAIN;StaticdoubleLASTERR;StaticdoubleTEMP;Staticdoubleintegral,TEMPUP,PIDPWM;StaticdoubleTE=0;StaticunsignedlongAOtaskID;StaticdoubleERR,FERROR,PT;PID_PWM()//PID算法定义{DoubleERR;DoublePT,DT,RESULT,FERROR;ERR=TEMP-AM;If(abs(ERR)){FERROR=ERR;PT=PGAIN*FERROR;If(PT100||PT-100){Integral=;}Else{Integral+=IGAIN*FERROR;If(){Integral=;}Elseif(){Integral=;}}DT=(ERR-LASTERR)*DGAIN;RESULT=PT+integral+DT;}ElseRESULT=integral=PGAIN+IGAIN;LASTERR=ERR;Return(RESULT);}intmain(intargc,char*argv[]){if(InitCVIRTE(0,argv,0)==0)return-1;/*outofmemory*/if((panelHandle=LoadPanel(0,““,PANEL))0)return-1;DisplayPanel(panelHandle);GetCtrlVal(panelHandle,PANEL_HORIZONTAL,F);//获得频率//RunUserInterface();DiscardPanel(panelHandle);return0;}intCVICALLBACKSetHorizontal(intpanel,intcontrol,intevent,void*callbackData,inteventData1,inteventData2)//频率响应后在PC机上输出方波图形{switch(event){caseEVENT_COMMIT:DeleteGraphPlot(panelHandle,PANEL_GRAPH,-1,VAL_IMMEDIATE_DRAW);GetCtrlVal(panelHandle,PANEL_HORIZONTAL,F);break;}return0;}intCVICALLBACKShutDown(intpanel,intcontrol,intevent,void*callbackData,inteventData1,inteventData2)//退出程序//{switch(event){caseEVENT_COMMIT:QuitUserInterface(0);break;}return0;}intCVICALLBACKUpDataCallback(intpanel,intcontrol,intevent,void*callbackData,inteventData1,inteventData2){switch(event){caseEVENT_TIMER_TICK:GetCtrlVal(panelHandle,PANEL_AIM,AM);
//设定目标温度GetCtrlVal(panelHandle,PANEL_KP,PGAIN);//设定比例系数GetCtrlVal(panelHandle,PANEL_KI,IGAIN);//设定积分系数GetCtrlVal(panelHandle,PANEL_KD,DGAIN);//设定微分系数AISampleChannel(1,“1“,,,VOL);//采集数据SetCtrlVal(panelHandle,PANEL_VOT,VOL);//在PC机上输出电压//以下是电压温度转换if(VOL-)TEMP=-*VOL+;elseif(VOL-)TEMP=-*VOL+;elseif()TEMP=-*VOL+;elseif()TEMP=-*VOL+;elseif()TEMP=-*VOL+;elseif()TEMP=-*VOL+;elseif()TEMP=-*VOL+;elseif()TEMP=-*VOL+;elseif()TEMP=-*VOL+290;elseif()TEMP=-*VOL+(panelHandle,PANEL_CURTEMP,TEMP);//温度输出TEMPUP=PID_PWM();//PID函数调用SetCtrlVal(panelHandle,PANEL_WEIZHI,TEMPUP);//PID返回数值输出,对用户暗藏SquareWave(1024,5,F/1024,Ph,100+TEMPUP/*PID算法操纵PWM参数*/,Wave);//产生方波DeleteGraphPlot(panelHandle,PANEL_GRAPH,-1,VAL_IMMEDIATE_DRAW);PlotY(panelHandle,PANEL_GRAPH,Wave,1024,VAL_DOUBLE,VAL_THIN_LINE,VAL_EMPTY_SQUARE,VAL_SOLID,1,VAL_RED);AOGenerateWaveforms(1,“1“,,1,0,Wave,AOtaskID);//方波举行输出,操纵炉温测验箱加热与否break;}return0;}1、开发出来的用户界面如下,这里PID参数如下:
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-68PL端子板实物图接线图接线说明:上图是CB-68LP端子板引脚图,下面是对其接线作简要说明。
AI为模拟信号输入端口,选中择单端测量方式时,接线方式就是把信号源的正端接入AIn(n=0,1,……15)、信号源的负端接入AIGND;
选中择差分测量方式时,接线方式是把信号源的正端接入AIn(n=0,1,……7)、信号源的负端接入AIn+8。
例如,单端时,通道0的正负接入端就分别是AI0和AIGND;通道1的正负接入端就分别是AI1和AIGND;差分时,通道0的正负接入端就分别是AI0和AI8;通道1的正负接入端就分别是AI1和AI9。
~,可以通过软件设置每个数字通道为输入或者输出,对应开关量和输入输出。
PCI-6023E有2个计数器:CTR0和CTR1,假设计数器信号只有1个,梦想实现简朴的计数功能,那么只需要把计数器信号接到CTR0SRC或者CTR1SRC即可。
(本测验只用到4个接口,分别是:模拟接地67,模拟输入33,数字接地,数字输出)(SBWZ-2460)变送器(transmitter)是把传感器的输出信号转变为可被操纵器识别的信号(或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和操纵的信号源)的转换器。传感器和变送器一同构成自动操纵的监测信号源。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。变送器的种类好多,用在工控仪表上面的变送器主要有温度变送器、压力变送器、流量变送器、电流变送器、电压变送器等等。
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下图为我们此次课设所用的变送器规格及功能特点:
输出:4~20mA(可以做0-5V0-10V)精度:%电源:24VDC温度范围:0~50℃0~100℃0~150℃0~200℃0~300℃0~400℃适用范围:
可以接收热电阻或各类热电偶输入,可直接安装于温度传感器接线盒内,并标出标准电压电流信号功能特点:
变送器信号电源同为两根普遍导线,节省了热电偶专用补偿导线,降低了线路干扰带来的误差。体积小巧、安装便当、精度好,抗干扰,稳定性好;
免维护外部可直接调整零点和满度。电流信号输出,传输距、远,缩短了仪表与传感器的距离,降低线路干扰带来的误差。
主要技术指标:
极限28mA输入范围:热电阻:Pt1000-150度熔断检测:上限(标准)温度漂移:±%/℃冷端补偿:0~50℃±1℃调整方式:电位器负载才能:0~500Ω输出:4~20mA  (可以做0-5V 0-10V 价格另议)精度:%电源:24VDC 温度范围:0~50℃0~100℃0~150℃ 0~200℃ 0~300℃ 0~400℃,是可控硅整流元件的简称,是一种具有三个PN结的四层布局的大功率半导体器件,亦称为晶闸管。具有体积小、布局相对简朴、功能强等特点,是对比常用的半导体器件之一。该器件被广泛应用于各种电子设备和电子产品中,多用来作可控整流、逆变、变频、调压、无触点开关等。家用电器中的调光灯、调速风扇、空调机、电视机、电冰箱、洗衣机、照相机、组合音响、声光电路、定时操纵器、玩具装置、无线电遥控、摄像机及工业操纵等都大量使用了可控硅器件。
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本次测验所用到的可控硅规格型号如下:
输入电压:交流220V电压调理:交流50V~220V最大功率:2000W最大电流:25A(说明:我们在使用该可控硅时,并没有采用调压旋钮,而是把旋钮卸下换上接线柱并接入我们设计好的电路中,利用PWN的上下电平触发使电路在某个设置的温度举行通断电,从而实现水温操纵。)适用于:使用新型双向大功率可控硅,由于电流可达25A,很好的解决了电炉丝在冷却的处境下电阻太小从而引起的过流问题;
能很便当的调整市电的输出电压,在50--220伏之间任意调整,供用电器使用。如:电炉,热水器的调热、灯具的调光、小电机调速、电烙铁调温等。从而达成调光,调温,调压的效果。可供用电功率小于2000瓦的大型电器使用由于功率已经很大,所以一般的家庭电器或是小型工厂足够用。(适用于:使用新型双向大功率可控硅,由于电流可达25A,很好的解决了电炉丝在冷却的处境下电阻太小从而引起的过流问题;
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能很便当的调整市电的输出电压,在50--220伏之间任意调整,供用电器使用。如:电炉,热水器的调热、灯具的调光、小电机调速、电烙铁调温等。从而达成调光,调温,调压的效果。可供用电功率小于2000瓦的大型电器使用由于功率已经很大,所以一般的家庭电器或是小型工厂足够用。
五、测验方法、步骤及结果测试1、温度操纵根本理论温度操纵不像开关变量,要么全开,要么全关,是一个连续变化量。当被控温度低于目标值很大时,就需要全速加热,当温度接近目标值时,就务必减慢加热速度,否那么就很轻易造成温度严重超调,达不到温度操纵效果。炉温测验箱一般只有输入操纵是低电平日才会有举行加热,其余那么是中断加热。因此,我们可以通过操纵高电平和低电平的比例来操纵加热速度(只要电压频率足够快,宏观上就是速度操纵了),也就是所谓的PWM操纵。操纵算法有好多,而PID算法目前为止对比纯熟的一种,这里采用就采用PID算法,其运算结果转换成PWM输出,以达成操纵效果。
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2、PID操纵的原理和特点在工程实际中,应用最为广泛的调理器操纵规律为比例、积分、微分操纵,简称PID操纵,又称PID调理。P当被控对象的布局和参数不能完全掌管,或得不到精确的数学模型时,操纵理论的其它技术难以采用时,系统操纵器的布局和参数务必依靠阅历和现场调试来确定,这时应用PID操纵技术最为便当。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID操纵技术。PID操纵,实际中也有PI和PD操纵。PID操纵器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出操纵量举行操纵的。
(1)比例(P)操纵比例操纵是一种最简朴的操纵方式。其操纵器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例操纵时系统输出存在稳态误差(Steady-stateerror)。
(2)积分(I)操纵在积分操纵中,操纵器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动操纵系统,假设在进入稳态后存在稳态误差,那么称这个操纵系统是有稳态误差的或简称有差系统(SystemwithSteady-stateError)。为了消释稳态误差,在操纵器中务必引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动操纵器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)操纵器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。