虚拟仪器课程设计实验报告


    



    微机化仪器综合设计实践


    实验指导书







    学机电工程学院




    目录


    实验六 基PID算法控硅水温动调节系统设计


    实验目求
    1掌握虚拟仪器高级语言Lab VIEW Lab WindowsCVI 流程图软仪器
    面板编程设计方法熟悉数处理模块信号分析模块仪器控制模
    块等种软件模块应
    2.掌握数采集硬件低层驱动程序(C 语言汇编语言)设计调试
    嵌入Lab VIEW 技术
    3学基PID例积分微分程序编写方法
    4解控硅温度控制特点原理
    5熟悉CB68LP接线端子板接口利CB68LP端子板PCI6023E数采集卡进行模拟量数字量转换相关数采集
    二实验仪器设备材料
    (1)装lab windowsCVI 软件PC 台
    (2)PCDAQPCI 卡
    (3)CB68LP端子板
    (4)变送器(型号 SBWZ2460)
    (5)控硅
    (6)热电偶
    三实验容求
    1实验容
    1)水温进行数采样:先水温加热某温度值(100℃左右利万表测试相应引脚输出电压温度降1 摄氏度马记录输出电压值
    2)采样数进行处理:通观察知电压温度成线性关系
    条曲线设计采分段直线拟合出电压温度应
    关系
    3)户界面设计:Lab windowsCVI 软件进行户界面开发进行
    编程具体程序见面
    4)进行调试:PC 设备连接测试程序设置PID 参数观
    察控制效果确立PID 参数
    5)重新数采样:开始采样时温度电压值断发生变化
    温度计显示变化相电压变化定滞造成微机温度显示
    数值温度计发生定量偏移造成较误差次采样利
    刚开发程序控制炉温恒定观察电压变化范围记录电压值求
    均值需部分温度采样里采线段拟合
    成曲线需线段端点数
    6)重新调试程序完善户界面
    2程序:
    #include
    #include
    #include
    #include
    #include
    #include PIDh
    Static int panelHandle
    Static double Wave [1024]
    Static double Temp [1024]
    Static double A
    Static double F
    Static double Ph VOL GG
    Static double AM
    Static double PGAIN
    Static double IGAIN
    Static double DGAIN
    Static double LASTERR
    Static double TEMP
    Static double integral TEMPUP PIDPWM
    Static double TE0
    Static unsigned long AOtaskID
    Static double ERR FERROR PT
    PID_PWM() PID 算法定义
    {Double ERR
    Double PT DT RESULT FERROR
    ERRTEMPAM
    If (abs (ERR)>001)
    {FERRORERR
    PTPGAIN * FERROR
    If (PT>100||PT<100)
    {Integral00
    }
    Else
    {Integral+IGAIN*FERROR
    If (integral>10000)
    {Integral1000
    }
    Else if (integral<00)
    {Integral00 }
    }
    DT (ERRLASTERR)*DGAIN
    RESULTPT+integral+DT
    }
    Else RESULTintegralPGAIN+IGAIN
    LASTERRERR
    Return (RESULT)
    }
    int main (int argc char *argv[])
    { if (InitCVIRTE (0 argv 0) 0)
    return 1 * out of memory *
    if ((panelHandle LoadPanel (0 PIDuir PANEL)) < 0)
    return 1
    DisplayPanel (panelHandle)
    GetCtrlVal(panelHandlePANEL_HORIZONTAL&F) 获频率
    RunUserInterface ()
    DiscardPanel (panelHandle)
    return 0
    }
    int CVICALLBACK SetHorizontal (int panel int control int event
    void *callbackData int eventData1 int eventData2)
    频率响应PC 机输出方波图形
    { switch (event)
    {
    case EVENT_COMMIT
    DeleteGraphPlot (panelHandle PANEL_GRAPH 1
    VAL_IMMEDIATE_DRAW)
    GetCtrlVal(panelHandlePANEL_HORIZONTAL&F)
    break
    }
    return 0
    }
    int CVICALLBACK ShutDown (int panel int control int event
    void *callbackData int eventData1 int eventData2) 退
    出程序
    {
    switch (event)
    {
    case EVENT_COMMIT
    QuitUserInterface (0)
    break
    }
    return 0
    }
    int CVICALLBACK UpDataCallback (int panel int control int event
    void *callbackData int eventData1 int eventData2)
    { switch (event)
    {case EVENT_TIMER_TICK
    GetCtrlVal(panelHandlePANEL_AIM&AM) 设定目标温度
    GetCtrlVal(panelHandlePANEL_KP&PGAIN) 设定例系数
    GetCtrlVal(panelHandlePANEL_KI&IGAIN) 设定积分系数
    GetCtrlVal(panelHandlePANEL_KD&DGAIN) 设定微分系数
    AISampleChannel (1 1 00 00 &VOL) 采集数
    SetCtrlVal (panelHandle PANEL_VOT VOL) PC 机输出电压
    电压温度转换
    if(VOL<112)
    TEMP4091*VOL+2818
    else if(VOL<084)
    TEMP2500*VOL+4600
    else if(VOL<005 )
    TEMP1236*VOL+5662
    else if(VOL<073)
    TEMP735*VOL+5637
    else if (VOL<191)
    TEMP508*VOL+5471
    else if( VOL<272)
    TEMP37*VOL+5207
    else if (VOL<425 )
    TEMP327*VOL+5089
    else if (VOL<696 )
    TEMP295*VOL+4955
    else if (VOL<704)
    TEMP3750*VOL+290
    else if (VOL<710)
    TEMP10000*VOL+73000
    SetCtrlVal (panelHandle PANEL_CURTEMP TEMP) 温度输出
    TEMPUPPID_PWM() PID 函数调
    SetCtrlVal (panelHandlePANEL_WEIZHITEMPUP)
    PID 返回数值输出户隐藏
    SquareWave (1024 5 F1024 &Ph 100+TEMPUP*PID 算法控制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 10000 1 0 Wave &AOtaskID)
    方波进行输出控制炉温实验箱加热否
    break
    }
    return 0
    }
    1 开发出户界面

    里PID参数:



    四.实验器材介绍线路接口
    1CB68PL端子板

    实物图 接线图

    接线说明:图CB68LP端子板引脚图面接线作简说明
    AI模拟信号输入端口选择单端测量方式时接线方式信号源正端接入AI n(n01……15)信号源负端接入AI GND
    选择差分测量方式时接线方式信号源正端接入AI n(n01……7)信号源负端接入AI n+8
    例单端时通道0正负接入端分AI 0AI GND通道1正负接入端分AI1AI GND
    差分时通道0正负接入端分AI 0AI 8通道1正负接入端分AI 1AI 9
    PI00~P078数字信号输入通道通软件设置数字通道输入者输出应开关量输入输出
    PCI6023E2计数器:CTR0CTR1果计数器信号1希实现简单计数功需计数器信号接CTR 0 SRC者CTR 1 SRC
    (实验4接口分:模拟接67模拟输入33数字接数字输出)

    2变送器(SBWZ2460)
    变送器(transmitter)传感器输出信号转变控制器识信号(传感器输入非电量转换成电信号时放便供远方测量控制信号源)转换器传感器变送器构成动控制监测信号源物理量需传感器相应变送器变送器种类工控仪表面变送器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
    图次课设变送器规格功特点:
    输出:4~20mA (做05V 010V )
    精度 :05
    电源:24VDC
    温度范围:0~50℃0~100℃ 0~150℃ 0~200℃
    0~300℃ 0~400℃
    适范围:
    接收热电阻类热电偶输入直接安装温度传感器接线盒标出标准电压电流信号
    功特点:
    变送器信号电源两根普通导线节省热电偶专补偿导线降低线路干扰带误差体积巧安装方便精度抗干扰稳定性免维护外部直接调整零点满度电流信号输出传输距远缩短仪表传感器距离降低线路干扰带误差
    技术指标:
    极限28 mA
    输入范围:热电阻:Pt100 0150度
    熔断检测:限(标准)
    温度漂移:±02℃
    冷端补偿:0~50℃±1℃
    调整方式:电位器
    负载力:0~500Ω
    输出:4~20mA   (做05V  010V  价格议)
    精度 :05
    电源:24VDC 
    温度范围:0~50℃0~100℃ 0~150℃  0~200℃ 0~300℃ 0~400℃

    3.控硅
    控硅控硅整流元件简称种具三PN结四层结构功率半导体器件称晶闸具体积结构相简单功强等特点较常半导体器件该器件广泛应种电子设备电子产品中作控整流逆变变频调压触点开关等家电器中调光灯调速风扇空调机电视机电冰箱洗衣机相机组合音响声光电路定时控制器玩具装置线电遥控摄机工业控制等量控硅器件
    次实验控硅规格型号:

    输入电压:交流220V
    电压调节:交流50V~220V
    功率:2000W
    电流:25A

    (说明:该控硅时没采调压旋钮旋钮卸换接线柱接入设计电路中利PWN高低电触发电路某设置温度进行通断电实现水温控制)
    适:新型双功率控硅电流达25A解决电炉丝冷情况电阻太引起流问题方便调整市电输出电压50220伏间意调整供电器电炉热水器调热灯具调光电机调速电烙铁调温等达调光调温调压效果供电功率2000瓦型电器功率已般家庭电器型工厂足够(
    适:新型双功率控硅电流达25A解决电炉丝冷情况电阻太引起流问题方便调整市电输出电压50220伏间意调整供电器电炉热水器调热灯具调光电机调速电烙铁调温等达调光调温调压效果供电功率2000瓦型电器功率已般家庭电器型工厂足够

    五实验方法步骤结果测试
    1温度控制基理
    温度控制开关变量全开全关连续变化量控温度低目标值时需全速加热温度接目标值时必须减慢加热速度否容易造成温度严重超调达温度控制效果炉温实验箱般输入控制低电时会进行加热余停止加热通控制高电低电例控制加热速度(电压频率足够快宏观速度控制)谓PWM控制控制算法PID算法目前止较纯熟种里采采PID算法运算结果转换成PWM输出达控制效果
    2PID控制原理特点
    工程实际中应广泛调节器控制规律例积分微分控制简称PID控制称PID调节P控象结构参数完全掌握精确数学模型时控制理技术难采时系统控制器结构参数必须验现场调试确定时应PID控制技术方便完全解系统控象﹐通效测量手段获系统参数时适合PID控制技术PID控制实际中PIPD控制PID控制器根系统误差利例积分微分计算出控制量进行控制
    (1)例(P)控制
    例控制种简单控制方式控制器输出输入误差信号成例关系仅例控制时系统输出存稳态误差(Steadystateerror)
    (2)积分(I)控制
    积分控制中控制器输出输入误差信号积分成正关系动控制系统果进入稳态存稳态误差称控制系统稳态误差简称差系统(SystemwithSteadystateError)消稳态误差控制器中必须引入积分项积分项误差取决时间积分着时间增加积分项会增样便误差积分项会着时间增加加推动控制器输出增稳态误差进步减直等零例+积分(PI)控制器系统进入稳态稳态误差

    (3)微分(D)控制
    微分控制中控制器输出输入误差信号微分(误差变化率)成正关系动控制系统克服误差调节程中会出现振荡甚失稳原存较惯性组件(环节)滞(delay)组件具抑制误差作变化总落误差变化解决办法抑制误差作变化超前误差接零时抑制误差作应该零说控制器中仅引入例项够例项作仅放误差幅值目前需增加微分项预测误差变化趋势样具例+微分控制器够提前抑制误差控制作等零甚负值避免控量严重超调较惯性滞控象例+微分(PD)控制器改善系统调节程中动态特性
    六课程设计电路图
    实物图

    仿真控制电路 ①


    信号采集仿真电路 ②
    七实验现象
    标定电压转换成温度记录数应拟合直线:
    数1 拟合直线1






    数2 拟合直线2


    数3 拟合直线3


    八实验心体会
    通次课程设计感受团队分工合作相互帮助相互配合重性感受团结合作力量时学少知识技特掌握虚拟仪器高级语言Lab VIEW Lab WindowsCVI 流程图软仪器面板编程设计方法熟悉数处理模块信号分析模块仪器控制模
    块等种软件模块应解数采集硬件低层驱动程序(C 语言汇编语言)设计调试嵌入Lab VIEW 技术进步学掌握基PID例积分微分程序编写方法初步掌握控硅温度控制特点原理时CB68LP接线端子板接口利CB68LP端子板PCI6023E数采集卡进行模拟量数字量转换相关数采集更加熟悉
    总通次课程设计知识技提高相信工作生活中会帮助感谢XX老师学细心耐心指导帮助老师学组学知识

    九参考文献
    1. 基LabWindowsCVI虚拟仪器设计应(第2版) 作者 孙晓芸
    2. LabWindowsCVI测试技术工程应 作者 王建新
    3. LabWindowsCVI虚拟仪器设计 作者 史君成
































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    贡献于2020-09-18

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