三容水箱液位控制與網(wǎng)絡虛擬實驗研究.pdf

1、實驗課是理論與實踐緊密結合的橋梁，為提高教學質量，必須建設完備的實驗環(huán)境，向學生提供良好的實驗條件?；诰W(wǎng)絡的虛擬實驗室安全、生動，它以計算機技術和網(wǎng)絡技術為基礎，充分利用了有限的物理實驗設備，是對現(xiàn)在實驗條件的有益補充。從虛擬實驗室現(xiàn)狀來看，大多采用純軟件仿真形式。這種形式的虛擬實驗室結構簡單，物理信號完全理想化，脫離了實物被控對象。 本文綜述了國內外虛擬實驗室研究與使用現(xiàn)狀，提出了構建的虛擬實驗室的建設目標，即：以三容水箱液

2、位系統(tǒng)作為實物被控對象，建設一個具有B/S結構的，開放的遠程網(wǎng)上實驗室。 首先，研究了被控對象串接式三容水箱系統(tǒng)。三容水箱是典型的非線性大時延開環(huán)穩(wěn)定對象，為相關控制策略的研究提供了平臺，對工業(yè)生產(chǎn)中液位控制系統(tǒng)的研究有指導作用。分析了三容水箱液位系統(tǒng)的組成、結構以及數(shù)學特性，采用混合建模法對被控對象進行了數(shù)學建模。 其次，對三容液位系統(tǒng)控制策略進行了詳細研究，主要分為傳統(tǒng)過程控制策略和先進過程控制策略兩部分。傳統(tǒng)過程控

3、制主要采用PD控制，PID控制器結構簡單易實現(xiàn)，但從單PD控制器在本文研究的三容液位控制系統(tǒng)的實際應用效果來看，響應時間長，穩(wěn)定性差，這是由于PID參數(shù)不可變造成的。解決這種PID控制參數(shù)不可變的缺點有兩種方案，一是采用先進控制策略，二是對單PID算法進行改進。在研究先進過程控制策略時，分別采用模糊控制和單神經(jīng)元進行調整，詳細論述了模糊PD控制和單神經(jīng)元自適應Pm控制的工作原理和工作過程，并作了仿真，仿真結果表明，超調量小，穩(wěn)態(tài)誤差可以

4、得到有效控制。 再次，構建了過程控制網(wǎng)上虛擬實驗室，主要包括控制回路的結構、組成以及B/S結構的實現(xiàn)過程。采用LN2000DCS系統(tǒng)作為控制回路，視頻服務器、攝像機、電動云臺組成監(jiān)控回路。系統(tǒng)采用的B/S結構，可以使用三維力控組態(tài)軟件的網(wǎng)絡發(fā)布功能來實現(xiàn)，這涉及到LN2000DCS與組態(tài)軟件進行通信問題。本文采用工業(yè)領域常用的OPC通信，OPC通信技術是實現(xiàn)系統(tǒng)架構的關鍵技術。構建了PID三閉環(huán)算法并在實物對象上作了驗證，實驗結